从物理学的角度来看,我们能看到东西,是因为眼睛感受到了电磁波,我们能摸到东西,是因为我们的手感受到了电磁力,如此等等,而这些现象,归根结底都是物质之间在发生互相作用时产生的。
但在我们所处的宇宙中,却有一种几乎不会与任何物质发生相互作用的物质,这就是我们常听到的“暗物质”。
暗物质这个词来自英文“Dark matter”,其字面上的意思为“黑暗的物质”。但不能这样简单地理解,根据暗物质的奇特性质,我们应该比较准确地将其定义为:暗物质就是真实存在,但是我们又感知不到的物质。
也许有人要问,既然我们感知不到暗物质,那么科学家们又是怎么知道它们的存在呢?答案就是,暗物质虽然不与其他物质发生相互作用,但是它们会产生引力。那么,暗物质真的存在吗?我们接着看。
在四大基本力中,虽然引力的强度远远小于其他三种力,但是引力是长程力,并且可以无限叠加,因此在非常宏观的层面上,引力就可以显得异常强大,甚至可以将光线扭曲。
当遥远的星光在经过某个强引力场的时候,光线就会出现明显的扭曲,在合适的观测点,就可以观测到更多的星光,这就是“引力透镜效应”。通过对“引力透镜效应”的观测,就可以间接地计算出,在很大的尺度下,宇宙空间中的暗物质的分布情况。
正是通过这种方法,科学家们发现了在37亿光年外,宇宙中上演了一出大戏,主角就是神秘的暗物质。
上图为37亿光年外的一个星系团,它形成于两个星系团的碰撞。在38.5亿年前,一个星系团以大约每秒钟2800公里的速度,通过了另一个星系团的中心,并在其右侧形成了一个类似子弹头的激波。因此,科学家将这个新形成的星系团命名为“子弹星系团”。
根据直接观测到的数据,以及利用“引力透镜效应”计算出的引力源分布,科学家描绘出了子弹星系团的后期合成图,如下图所示。
图中红色的部分表示直接观测到的各种辐射(主要是X射线),蓝色的部分表示暗物质。我们可以清楚地看到,在激烈的碰撞过程中,这两个星系团的普通物质发生了相互作用,并产生了大量的辐射,而与之形成鲜明对比的是,这两个星系团中暗物质却毫发无损地穿过了彼此。
科学家认为,宇宙中上演的这出大戏,是迄今为止有关暗物质的最好证据,它非常清晰地向我们展示了,在激烈的碰撞下,暗物质与普通物质分离的壮观场景。
需要指出的是,宇宙中的暗物质差不多是普通物质的5倍,而更加神秘的暗能量,却占了宇宙的73%。由此可见,我们人类对宇宙的探索之路,还有多么的漫长。