“看这里,博文,”傅水恒指着那高出的一截,以及那些额外的平滑波动,“实际测到的引力,比我们用所有看得见的东西算出来的,要强一些,而且有一种特别的‘质感’。这多出来的引力,是从哪里来的?”
傅博文睁大了眼睛,盯着那两条不一致的曲线:“有……有别的东西在拉我们?看不见的东西?”
“没错!”陈智林的声音带着科学发现的兴奋,“就是暗物质!虽然它本身不发光,但它和普通物质一样,具有质量,因此会产生引力效应。我们现在‘感受’到的这额外的、无处不在的引力,就是暗物质存在的间接证据!它就像一个无形的巨手,虽然我们看不见它的形状,但通过它施加的‘力量’,我们知道了它的存在。”
为了让孩子有更直观的感受,陈智林甚至设计了一个小小的互动模拟。他让傅博文坐在特制的悬浮座椅上,关闭了座椅的主动稳定系统,然后让飞船进行极其微小的、预设的轨道机动。
“博文,坐稳,仔细感觉。”陈智林说。
当飞船引擎轻微启动时,傅博文感觉到了一种预期的推背感。但当引擎关闭,飞船本应依靠惯性滑行时,他却隐约感觉到一种极其细微、但持续不断的、仿佛被某种无形的东西向特定方向轻轻“拖拽”的力,与基于可见星图计算的惯性路径应有的感觉略有偏差。
“感觉到了吗?”傅水恒轻声问,“那种不是来自飞船本身,也不是来自远方稀疏恒星的、微弱的‘牵引感’?”
傅博文努力集中精神,小脸紧绷:“好像……有一点点?就像……就像在水里游泳,感觉到水流的拉力一样?”
“非常棒的比喻!”傅水恒由衷赞叹,“我们此刻,就像是航行在由暗物质构成的、看不见的‘海洋’里。这片‘海洋’的密度虽然极低,但它遍布宇宙每一个角落,总量极其惊人,因此产生的引力效应,在整体上支配着宇宙的大尺度结构。”
借此机会,他们开始系统地、深入浅出地阐述暗物质的来龙去脉,让它不再神秘。
一、 暗物质是如何被发现的?
傅水恒从历史讲起:“其实,最早意识到暗物质可能存在,不是在我们这样的星际空间,而是在星系内部。”他调出一些经典的星系旋转曲线图。
“你看,这是一个典型的漩涡星系。根据牛顿引力定律,距离星系中心越远的恒星,围绕中心旋转的速度应该越慢,就像太阳系里,离太阳越远的行星公转越慢一样。但是,天文学家实际观测发现,在星系的外围,恒星的运动速度并没有像预期那样下降,而是保持高速,甚至略有增加!这说明什么?”
傅博文思考着:“说明……有看不见的东西,在更远的地方拉着它们?让它们不至于飞出去?”
“完全正确!”陈智林接口道,“只有假设在星系外围存在着大量我们看不见的物质,提供了额外的引力,才能解释这种高速旋转现象。这就是暗物质存在的第一个强有力证据。后来,引力透镜效应(大质量天体扭曲背后光源的时空,像透镜一样放大或扭曲星光)更是直接‘称量’出了星系和星系团中包含的、远超可见物质的质量。所有这些证据都指向同一个结论:宇宙中,我们能看见的普通物质只占一小部分,大部分质量是由这种看不见的‘暗物质’贡献的。”
二、 暗物质可能是什么?
“那它到底是什么做的呢?”傅博文追问。
“这是一个至今未解的前沿科学难题。”傅水恒坦诚地说,“科学家提出了很多种可能的候选者。它可能是一种我们尚未发现的、很重的、相互作用极弱的亚原子粒子,比如‘弱相互作用大质量粒子’;也可能是一种非常轻的、像波浪一样遍布宇宙的粒子,比如‘轴子’;甚至可能是一些早期宇宙形成的原始黑洞……但目前,还没有任何一种被直接探测到。它就像一个穿了最强隐身衣的巨人,我们只能通过它踩在地上的脚印(引力效应)知道它来过,却始终看不清它的真面目。”
三、 暗物质如何塑造宇宙?
陈智林放大了银河系的模拟图,并叠加了根据引力效应推测出的暗物质分布(通常用一个巨大的、大致呈球形的、笼罩整个星系的“晕”来表示,即“暗物质晕”)。
“看,博文,我们银河系,就像一个发光的小盘子,嵌在一个巨大无比的、由暗物质构成的‘晕’里。这个暗物质晕,才是银河系真正的主宰。正是它的巨大引力,束缚着所有的恒星、气体,让银河系能够凝聚成型,而不是分崩离析。可以说,没有暗物质,就可能没有银河系,没有太阳系,也没有我们。”
他进一步解释,在宇宙早期,正是暗物质首先在引力作用下聚集形成“骨架”,普通物质才随后被吸引过去,在暗物质结构的节点上形成星系和星系团。暗物质是宇宙结构的“建筑师”。
这章没有结束,请点击下一页继续阅读!