如果看到一條非常筆直的閃電,那麼恭喜你,你可能觀察到了暗物質

天空之城 2022/08/18 檢舉 我要評論

暗物質是科學家們基于宇宙質量缺失、宇宙微波背景輻射的不均勻性等,提出的一個假設的概念,正是由于它的引入,才使我們對宇宙中很多「百思不得其解」的問題,有了最為完美的解釋。自從暗物質的概念被提出以后,科學家們想方設法地通過各種復雜的探測儀器,來捕捉它的蛛絲馬跡,可惜的是,截至目前我們還沒有直接觀測到暗物質的存在。

暗物質到底有多神秘?

我們對巨觀和微觀世界的直接探測,電磁作用是最為基本的條件之一,無論是可見光線、X射線,還是摩擦力、支撐力等,其本質都是電磁力的體現。而除了電磁力以后,宇宙中還有另外三種基本作用力形式,一種是引力,它也是在巨觀和微觀層面比較常見的力的作用方式,只要是兩個有質量的物體或者粒子,在一定距離范圍內都會產生相應的吸引力。第二是強核力,是能夠保障質子或者中子結合成原子核的作用力,其強度是四種基本作用力中最大的。第三種是弱核力,是中子發生衰變時產生的作用力。

科學家們在通過觀測和模擬宇宙質量時,發現宇宙質量帶有明顯的缺失性,在可以直接觀測的普通物質的基礎上,通過測算得出宇宙中還存在著暗物質和暗能量。其中,暗物質是一種非常微小的物質或者粒子團,對外不表現任何的帶電性,也不發射電磁波,不會與其它普通物質發生任何的相互作用,所以不能被直接觀測到。

不過,暗物質卻具有質量,同樣會引發引力效應,由暗物質所構成的空間內,會形成明顯的引力勢井,與萬有引力一起,會對周圍的物質具有明顯的吸引作用,使外界物質有機率落入引力勢井中,從而改變普通物質的運動規律。暗物質的作用效果,與暗能量正好相反,暗物質與萬有引力相似,是推動物質聚合的效應,從而在一定程度上延緩著宇宙膨脹的進程,同時也為星系邊緣的恒星不被甩出去提供足夠的向心力支持。

都有哪些證據表明暗物質存在?

雖然暗物質不能被直接觀測到,但是通過科學家們的努力,發現了一些應用現有物理理論體系難以解釋的現象,這些證據為暗物質的存在提供了依據。比如典型的有:

一是星系的運動特征。按照萬有引力定律,一個星系中各星體圍繞中心旋轉的速度,與距離星系中心的數值成比較明顯的線性特征,也就是說距離中心越遠,其旋轉速度越快,如果按照既有模型來計算的話,在漩渦星系的外圍,恒星的旋轉速度將會異常快,那麼僅僅依靠星系中心的質量提供的引力,將不足以支撐這個旋轉速度,理論上這些外圍恒星必將被甩出去,而實現上并非如此。

二是引力透鏡的異常。當用觀測設備對準目標星空時,假如在觀測線路上存在著大質量的天體,那麼按照廣義相對論,來自觀測目標發出的光線,在通過大質量天體附近區域時,會發生彎曲,從而在觀測者看來,目標區域會呈現出一個或者多個像,宛如光線通過透鏡一般。可有的時候,我們觀測到了引力透鏡現象,但是光線傳輸路線中我們并沒有發現什麼大質量的天體,這就說明在觀測線路上,可能存在著我們觀測不到的大規模物質-暗物質。

三是星系質量的缺失。科學家們通過對星系運動特征、引力透鏡異常的觀測,同時分析來自目標星系不同位置發出的光譜特征,可以測算出星系中的溫度、物質密度等特征,繼續可以通過模型推導出星系的質量分布。計算結果無一例外,推測出來的星系質量,都要遠高于對已知普通物質的質量總和,而且超出的數值要高出好幾個數量級。

暗物質穿透地球可能造成非常筆直的閃電

由于暗物質提供的引力,與普通物質之間萬有引力之間,會有一定的相互影響,那麼,假如暗物質撞擊到普通物質,科學家們應該能夠檢測出暗物質與普通物質原子核相撞產生的輻射,但在所有的實驗過程中,也沒有捕捉到這種現象,更沒有捕捉到暗物質。因此,部分科學家認為,暗物質的存在形式可能不是粒子態,而是呈現一種看不見的「物質團」模式。

如果暗物質真的是一種巨觀態、不可見的物質,那麼就不會對普通物質造成什麼影響。不過,當大量的暗物質穿過地球的時候,勢必會因地球物質的阻擋而釋放出相應能量,從而在大氣層中會形成強烈的帶電粒子通道,而這種可能出現的現象,將是我們觀察暗物質表現形態最直接、也是最近距離的方式。

在天氣晴好的狀況下,這種大氣層中的帶電粒子通道,我們自然很難觀測得到,也不會產生什麼樣的明顯影響。不過,如果在強雷雨天氣中,情況就會發生變化,當暗物質以極高的速度撞向地球時,就會在大氣層的不同高度云層間、或者云層與地面間形成一個筆直的通道,在高能量的催動下,空氣分子會在通道方向上強烈地發生電離,快速激發出閃電現象,從而形成異常筆直的閃電。

根據現有宇宙中暗物質的質量占比,以及地球的體積大小,科學家估算,每年地球被暗物質撞擊的次數起碼有5000萬次以上,絕大部分在穿過地球大氣層時形成的通道不會被觀測出來,理論上只有那些穿過雷雨區的才可能形成異常筆直的閃電通道,而且稍縱即逝,目前還沒有哪一個被觀測到的閃電,完美地符合暗物質穿越時所造成景觀的條件。

暗物質的性質我們現在雖然已經了解,但是它究竟以什麼樣的形態展現、以什麼樣的形式參與和影響普通物質的運動、它到底包含哪些種類等等,這些問題,將會一直伴隨著科學家們對暗物質的探索進程。我們一瞬間不經意觀察到的一條閃電,可能就是暗物質對我們巨觀普通世界的一次「招手」!

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