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宇宙中的普通物質都是我們所知道的同類原子組成的。原子核是由質子和中子組成,圍繞著原子核旋轉的電子數目和質子數目相同,只不過當原子被電離時,會有一-些電子被剝奪掉。當原子進行結合的時候,就會變成分子,而分子則可以結合成我們所看到的所有物質。由於原子能夠發光的特性,所以我們可以肯定恆星是由原子構成的。
但是,當天文學家把目光放到更為宏大的天體上時,例如星系外部或者整個星系團,就會發現那些發光的天體和恆星中能夠看見的物質量,根本無法通過引力把這些天體捆綁在一起。所以天文學家就提出了一一種新的物質形式,並稱之為暗物質。暗物質本身由於太暗,所以不能通過其輻射被人發現。
其實在很早以前,物理學家就已經發現:人類到目前為止所觀察到
科學家繪製的字宙暗物質三維圖,暗物質在可見物質聚集的基礎上形成了一種絲狀的'骨骼”,最終產生了天體。
的許多天體現象根本無法用已知的牛頓力學體系和廣義相對論進行解釋,尤其是那些高速運轉的河外星系團。
由於這些河外星系團的運動速度太快,所以從傳統的物理學觀點來看,高速度一定無法讓河外星系團穩定存在,而且一定會立刻土崩瓦解。可是這些河外星系團依然在運轉著,並未消失,這說明河外星系團中天體的實際質量要遠遠高於人們所觀測到的結果。面對這種情況,愛因斯坦提出了一個新的觀點,即認為宇宙中很可能存在著人類目前科技不能發現的暗物質和暗能量。
關於宇宙是由什麽構成的問題,科學家們通過長達個世紀的研究終於得出了結論,即我們的宇宙是由大約100種不同類型的原子構成的。這些原子都可以在元素周期表上找到。不過,天文學家在研究宇宙年齡時的:些意外發現擊破了這種理論。
20世紀,地質學家利用岩石中殘存的反射性元素估算出了地球的年齡。後來天文學家為了了解宇宙的年齡,通過發射WMAP衛星來測量大爆炸的回波,進而得出了宇宙是137億年前誕生的權威答案。
但是,同時WMAP通過測量發現,在宇宙中除了物質之外還存在著一些完全不知道起源的、神秘的、不可見的東西,這種東西就是愛因斯坦所說的暗物質,而且暗物質在宇宙中佔據了總質量的9%以上,例如暗物質在銀河系的普遍和豐富程度十分高,其質量是所有星球質量的10
星借。這一測量結果說明,宇宙是由全新的、不可見的暗物質和暗能量形式所文配的。雖然這種暗物質我們看不見,但是卻可以被科學家間接地觀察到,因為暗物質可以使光線變得彎曲,就像光線在玻璃中傳遞樣,因此科學家可以通過明物質所產生的扭由光線來進行觀察。
對於愛因斯坦所提出的“暗物質和暗能量”的全新觀點,有不少物理學家都認可了,認為愛因斯坦早年作出的這種判斷是完全正確的,在
宇宙中暗物質和暗能量確實是存在的,而且暗物質和暗能量所起到的作用遠遠超過了常規物質。
不過,對於暗物質和暗能量的研究在物理學界是一項巨大的挑戰,因為想要解釋清楚暗物質和暗能量就必須依靠超弦理論、多維空間,甚至還需要搞清楚宇宙大爆炸之前所發生的事情。
就在物理學家們開始接受和研究暗物質的時候,
愛因斯坦卻公開表示:“暗物質的觀點是我在科學生涯中出現的最大失誤。”愛因斯坦之所以這麽認為,是因為暗物質的理論明顯破壞了廣義相對論理論的完美。 物理學家們之所以積極研究暗物質和暗能量,是因為暗物質很可能是宇畝中最高級的能量轉化模式。到目前為止,人類所知道的最高能量轉化形式就是核反應。 在核反應的前後會出現一些質量虧損,而這些虧損的質量最終會以巨大的能量形式出現。也就是說,那些虧損的質量就好比暫時消失不見的原子,而原子不會徹底消失,只是進行轉化而已,最終轉化成了巨大的能量。暗物質能量的轉化模式與普通物質完全不同,在轉化過程中暗物質會將所有客觀存在的質量全部虧損掉,這些虧損的質量直接、全部轉化成為巨大的能量。
在物理學理論中,反物質與暗物質是完全不同的兩個概念。總的來說,反物質就是由反基本粒子組成的。而且,每個基本粒子都存在著相對應的反基本粒子。基本粒子與反基本粒子之間雖然質量相同,但是電性相反,而且自旋的方向也相反。例如,質子帶正電,而反質子則帶著相同的負電。當普通物質與反物質相遇的時候,就會出現種不是你死就是我亡的局面,也就是發生理滅反應,這是第三種核反應,與聚變和裂變的核反應都不同。在這種湮滅的過程中,不論是普通物質還是反物質全部轉化為能量,這種能量的威力都遠遠大於聚變和裂變這兩種核反應形式。
而暗物質則是指不同於正常物質的物質形式,在宇宙中不發光也不吸收光,正因為暗物質的這種特殊,所以我們才很難在宇宙中尋找到它們的蹤跡。盡管如此,暗物質的引力卻無時無刻不在影響著宇宙的演化。所以天文學家如果想要正確判斷宇宙演化的趨勢,就必須尋找到宇宙中的暗物質並準確估算暗物質比重,只有這樣才能進一步了解暗物質在宇宙發展和演化中所起到的決定性作用。