探寻宇宙间是否存在暗物质(图)

黑洞

宇宙膨胀,许多星系聚集成团,高速运动不能使它们散开,如果仅仅从可见物质(包括光学、射电、红外或X射线波段等电磁辐射形式的可见物质)来计算,不可能有这么大的引力,从而形成把它们束缚在一起的引力结构,必然还有有引力但看不见的大量暗物质存在。

再从恒星运动来分析。太阳系的质量99.86%集中在太阳身上,即集中在太阳系的中心。水星、金星等离太阳近的行星,由于太阳的引力更强,它们比天王星、海王星等,绕太阳运动的速度快得多。银河系(或各河外星系)的中心部分虽也集中了更多的恒星,但离中心近的恒星,其运转速度并不比外围恒星快。这就是说,银河系的质量并不集中在银河系中央。其解释只能是,在银河系的外围存在大量暗物质,从而加速了那里恒星的运动速度。

星系的测量质量,比从它的亮度推算出的质量大10倍以上,在外围区域甚至大5000倍。另外,从宇宙的膨胀速度看,如果仅仅只有可见物质,宇宙的膨胀速度会大得多。

黑洞是可能的暗物质之一。但是,所有黑洞的质量,仍然只占暗物质质量的一小部分。

科学家认为,整个宇宙空间是中微子和类中微子的海洋,它们不参与核反应,也不与其他物质作用,暗物质很可能就是中微子和类中微子。过去认为中微子没有质量,但最近的研究证实,中微子也有质量。这样,散布在宇宙中的全部中微子的质量,就可大大增加宇宙中的物质质量的总量。特别是类中微子,它的质量是氢原子的2～3倍,全部类中微子的质量比全部中微子的质量大10亿倍。但在实验室还没有探测到类中微子。英、美等一些国家正在地下建造探测器,希望能发现宇宙中的类中微子海。

物理学告诉我们,不同数量的质子、中子和电子等基本粒子的组合,形成各种不同性质的物质。物理学研究还发现,基本粒子是“镜像”的,每一种正粒子,都有对应的反粒子,如反质子、反中子、反电子等等。“大爆炸”的一种理论认为,宇宙诞生时,正、反粒子成对产生,正粒子组成正物质,反粒子组成反物质。但在地球上,在太阳系,在宇宙星系中全是正物质。在实验室也只能获得少数几种反粒子。那么,由反粒子组成的反物质哪里去了?有人认为,在宇宙中有由反物质形成的星球和星系。那么,它们在哪里?

另一种理论认为,大爆炸10 -36 秒后,每产生10亿个反质子,同时产生10亿零1个质子,电子和中子也是这样。10亿个倍数的正反粒子相遇湮灭,只有剩下的正粒子成为构成星系的材料。所以宇宙中并不存在天然的反物质。最近的研究发现,物质和反物质并不完全是对称的“镜像”关系,如果真是这样,将导致几乎所有反物质的不存在。