我们常常说世界是由原子组成的.无论是银河系里的恒星,还是有智慧的人类概莫能外.现代科学将原子细分为多种不同类型的基本粒子,然后又根据它们的基本相互作用类型进行分类.我们在物理课上学到的弹性力、摩擦力、压力、支持力等等,在原子或亚原子的层面上,都是通过电磁相互作用实现的.这就是其中一种基本相互作用.除此之外,还有强相互作用(负责束缚原子核中的中子、质子等),弱相互作用(负责放射性衰变等),引力相互作用(如果引力理论最终能够结合量子力学的话).也就是说,物理学家眼中的世界是基本粒子+基本相互作用.假如世界上有一种新的未知现象,物理学家首先会想到在已知的模型中寻找对应解释.如果实在找不到,就想办法对已有的理论修修补补,以期能解释新的发现.暗物质的概念就是这样来的.首先,天文学家发现许多星系中都存在额外的看不见的引力源.其次,宇宙学家把宇宙的膨胀速度的大小,跟所有观测到的星系、尘埃、辐射等等物质的总质量放进广义相对论方程里比较.结果发现宇宙的总质量应该远远大于已知物质的总质量.第三,物理学家曾经在计算机中模拟一团原始物质在引力和宇宙膨胀的共同作用下,逐渐聚集成星系的过程.如果假设宇宙中不存在额外的物质,那么模拟结果就和实际的观测对不上.如果假设存在一种大质量的粒子,只参与弱相互作用和引力,不参与其它相互作用的话,并且占宇宙的总质量的比例大概在20%多时,模拟结果就比较理想了.种种未知现象都迫使天文学家和物理学家提出,宇宙中存在一种”暗物质“.主流观点认为,暗物质是一种大质量、弱相互作用粒子,简称为WIMP.这种粒子不是某类具体的粒子,而是一个总称.满足这个要求的候选粒子不止一种.我记得暗物质的特点是在星系中呈球状分布,而不像原子物质聚集成一个盘.所以,地球附近的暗物质的总质量不会对我们产生影响(否则在牛顿时期就会发现了).暗物质对于理解宇宙的形成、演化,对于完善物理学基本理论都有重要意义.毕竟,宇宙一词不但包括我们看得见的那一小部分,还得包括我们看不见的那一大部分.
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