暗物質會不會是平行宇宙的“引力陰影”?

十分簡短的回答:不是。好吧…幾乎肯定不是。

“暗物質” 是一種我們看不見摸不著,但又真實存在的物質,因為它也會影響常見物質,也就是那些我們能觀測到的那些物質。儘管過去一個世紀中有種種模糊的現象顯示暗物質可能是一種現實存在物質,但是直到上世紀70年代,人們才通過觀測星系間恆星的運動,推斷出了暗物質的存在,因為其運動模式牽扯到了大量的物質,多的不可計數。

宇宙中暗物質比常規物質要多的多,它的引力或多或少的影響著星系甚至是星團的最終密度。


暗物質會不會是平行宇宙的“引力陰影”?


通過在數字模型中模擬暗物質,我們得到了符合宇宙中的物質最大規模分佈情況,也就是和如今我們看到的的星系的發展一致。

弦理論的一種可能預測就是我們的宇宙是一張“膜”,一張超時空的“薄片”漂浮在稱為“體”的高維空間中。其它的膜(其它宇宙)有可能漂浮在附近,距離我們的宇宙只有一段極短距離,幾乎要蓋住我們的宇宙。膜上所有的粒子都黏在膜上,但是它們所產生的引力卻不一定作用在膜上。所以或許我們可以預言暗物質就是附近的平行宇宙中的物質所產生的引力。這也許就能解釋為什麼我們看不見它並且它不會與其它物體碰撞。


暗物質會不會是平行宇宙的“引力陰影”?


藝術家想象的膜理論模型。膜上的粒子(床單)存在於一個高維“體宇宙”時空(後院)中,而一張膜上的重力或許會影響其它膜上的物質。

這條思路的困境在於它沒有實驗室的直接證據可以證明其準確性。體宇宙、其它膜還有弦理論本身都只是一些趣味想法,這些理論的預言目前尚未被證實。

在開始鑽研膜物質前,我們最好還是先了解一下暗物質。通過仔細統計恆星的數量、它們的質量分佈、氣體和塵埃的數量(通過觀察通過氣體和塵埃的星光變化觀測),接著根據這些數據計算引力的大小,我們就能進一步推算出星系中每一顆恆星應有的公轉速度。我們發現兩種現象:其一,宇宙中我們看不見的物質的總量是可視的物質的許多倍;其二,這些不可視的物質分散在每個大型星系中,就好像它們從來沒有受過天體吸積的影響一樣。第二種現象是十分重要的。


暗物質會不會是平行宇宙的“引力陰影”?


大量的普通物質(橙色)會相互碰撞,導致它們減速並集中於一個地方。暗物質(灰色)不會相互碰撞,包括它們自己,所以它們仍會相互分離。

吸積就是宇宙中的物質總是傾向於聚集在一起或者變得扁平成盤的現象(或者兩者兼有!)。當物質選擇向內聚集時,大量的物質會由大得不可思議的蓬鬆的星雲,聚集到像針尖一樣小的區域(像恆星或者行星)。


暗物質會不會是平行宇宙的“引力陰影”?


高達4光年之高的創生之柱在鷹星雲內部形成了一個極小的角落。這片氣體與塵埃分佈的及其分散,但是通過吸積作用,它會收縮很多。如果每根柱子的體積像佛羅里達州一樣大,那麼其內部正在孕育的恆星大概也就只有一小片水果大小。

通過觀察恆星的公轉速度與其和星系核心的距離,我們發現它們正在環繞一個物質盤和一個10倍恆星質量的彌散星星雲(星系與星系間的實際比率)。所以無論暗物質是什麼樣的,宇宙中都會有大量的暗物質並且它們不會與任何物質發生碰撞。

上世紀70年代與當今最大的不同就是電腦的計算能力、太空天文望遠鏡與髮型的變化。沒別的了。在過去的幾十年中,我們的天文望遠鏡與計算機逐步升級,我們不僅能確定暗物質的存在,還能確定它們的位置與數量。當引力透鏡經過大質量天體時會彎曲光線。光線的扭曲程度決定了物質的多少,這在用計算尺(在電子計算器普及前的一種計算工具,通過尺子上的滑塊與口訣來計算開方、乘方以及函數等高階數學運算)上是很難算出來的,但是在後來Pong(雅達利開發的一款打乒乓球的電子遊戲,被稱為電子遊戲界的亞當)時代的計算機上卻輕而易舉。


暗物質會不會是平行宇宙的“引力陰影”?


一個值得我們注意的信標,一個河外星系(那個橙色的較為模糊的天體)和一個較遠的星系(塗抹在周圍的藍色光環)。橙色星系的引力扭曲了其後面的星系的圖像。

如果暗物質與常規物質會或多或少地出現在同一個地方(情況經常是這樣的),那麼就很難說清楚暗物質的影響與引力作用的區別。幸運的是,暗物質不僅很重而且存在弱相互作用;一個揭示暗物質的存在的性質就是在成團的正常物質會相互碰撞,但是成團的暗物質則不會。

子彈星系團實際上是由一對星系團碰撞形成的。當星系或者星系團碰撞時,它們內部的恆星卻不會相互碰撞(因為與恆星之間的距離相比,它們實在是太小了),但是星系中大量的氣體雲卻剛好可以相互接觸。當它們相遇時,溫度會升高(升溫不僅僅來自於物理碰撞,還有被共同磁場來回攪拌所產生的能量)直至開始向外輻射X射線。閃耀的X射線使得這些碰撞顯得極其明顯。所以你可以期待當星系團相互碰撞時,會有一個相當好的質量拖尾圍繞在一個大塊周圍,在其內部會有大量的氣體雲相互擠壓,像攤煎餅一樣。但是事實正好相反,我們觀察到一些熱氣體在衝擊中間,大部分的質量以兩個大塊的形式相互穿行。


暗物質會不會是平行宇宙的“引力陰影”?


子彈星系團是一個位於37億光年外的星系群(在圖片中位於其它星系和恆星的後面)。在這張照片中前景星系都是以可見光的形式呈現的(也就是它們的本來面目),粉色的區域是兩片星雲相撞所產生的X射線,紫色區域是一張通過分析引力透鏡所得出的物質密度地圖。

本文的主旨就是暗物質是毫無誇張的、真實存在的物質,並不是大量愚蠢的錯誤或者計算失誤。你可以指出它在哪裡,有多少,甚至可以說此時此刻它正在做什麼。我們只是無法直接探測到它們,因為它們不會接觸任何東西。事實證明,對我們來說,它並不完全是一個陌生的東西。

不同的粒子通過不同的力相互作用。比如,質子通過四中基本力相互作用:強核力、弱核力、電磁力和引力。強核力將質子和中子牢牢的束縛在原子核中。電磁力與除強核力外的其它力相互作用,這也就解釋了為什麼電子會圍繞著原子核轉而非陷進原子核中。

中微子只通過弱核力和引力相互作用。當你嘗試穿牆時,你會被牆攔住,因為你和電磁力相互作用,它擋住了你。因為不會與電磁力作用,所以中微子可以穿透任何物體。也就是說每秒有萬億顆中微子穿透你的身體,然而我們最好的最大的中微子探測器每天只能捕獲幾打(一打=12個)中微子(大部分來源於太陽,我們的探測器夜以繼日地工作,因為中微子並不容易被地球攔住)。由於它們通過弱核力相互作用(不是很好),所以中微子是“弱相互作用(粒子)”

無論暗物質是什麼,要注意的第一點就是:它只與引力相互作用。沒有強核力,它無法形成元素。沒有電磁力,它可以自由的在常規物質間穿行。沒有弱核力,我們無法直接探測它。但是如果它足夠多(而且看起來就是這樣),我們就可以探測到它的引力。

現在尋找暗物質就有點像在你家裡設置陷阱,因為你的奶酪總是被偷,而且你經常聽到強力有蹦跳的聲音。那裡肯定有什麼東西而且你或多或少地肯定知道它在哪兒長什麼樣,但是要是能明確知道你要處理的是什麼東西就好了。


暗物質會不會是平行宇宙的“引力陰影”?


尋找暗物質。我們知道那兒肯定有東西

所以要確切回答上面提出的問題:暗物質會不會是來自其它宇宙的物質所產生的作用於我們的宇宙中的重力(或者膜或者其它)?或許不是。暗物質不與正常物質相互作用,或許是因為它在一張不同的膜上。但是雖然如此,基於我們所指的它們的分佈模式規律,我們得知它們也不會和自己相互作用。所以把多餘的平行宇宙扯進來解決不了任何問題,這隻會讓未經檢驗的想法把問題攪和得更亂。這就像是用蜂蜜來洗掉頭髮上的口香糖一樣;情況不一樣,甚至更加發人深省,但不會更好。

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