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暗物质看不到,凭什么证明其存在,它能逃脱被黑洞吞噬命运吗?

暗物质和暗能量一直很神秘,黑洞也是一个神秘的天体。但相比暗物质暗能量,黑洞显然已经显露除了它狰狞的面目了。在暗物质和黑洞的较量中,谁会是胜利一方呢?我们来分析一下这个有趣的问题。

很多人质疑暗物质的存在,认为既然都没有谁看到过暗物质,怎么能够证明其存在呢?甚至有人认为所谓暗物质和暗能量只是科学家们故弄玄虚弄出来的“噱头”。那么暗物质暗能量到底是怎么出现的呢?

暗物质看不到,凭什么证明其存在,它能逃脱被黑洞吞噬命运吗?

  • 人类首先预言暗物质的存在,是基于引力的不平衡。

这个世界有很多东西,都不是靠“看到”才能够证明其存在的。比如迄今谁也没有看到过真正的电子和质子、中子,更没有看到夸克,但科学家通过理论建模,“感觉”到了它们的存在,甚至精确计算出了它们的物理量。

暗物质的存在就是通过引力发现的。引力有两个理论,一个是牛顿的引力定律;一个是爱因斯坦的广义相对论引力场论。科学家们通过观测,看到宇宙中的星系团和星系形成演化,与这两个引力理论不符,如果仅有看到的可见物质这些质量,宇宙星系就不会是这个样子。必须有更多质量,甚至比可见物质大很多的质量参与其中,才能够维系宇宙的现状。

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  • 由于这些物质看不见,人们把它称为“暗物质”。

天文学家卡普坦最早发现并预言暗物质可能存在。1922年,他通过观测星体系统运动间接推断出周围可能存在着暗物质;1933年,天体物理学家兹威基利用光谱红移测量了后发座星系团各个星系相对星系团的运动速度,如果按照位力定理,发现后发座星系团中星系速度弥散度太高,紧靠可见星系质量产生的引力是无法将其束缚在星系团内的,由此认为星系团内存在大量暗物质,质量至少是可见星系的百倍以上。

以后的科学家们从各种观测中,都证明除了可见物质,宇宙中存在着大量的不可见物质,如果没有这些不可见物质的引力作用,宇宙星系就会一盘散沙,就会崩溃了,也就没有我们在这里评头论足了。因此我们要感谢暗物质,是暗物质使这个宇宙保持现在这种基本稳定的存在。

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  • 暗物质和暗能量是我们宇宙的主导力量。

在随后的研究中,人们发现宇宙中不但存在着暗物质,还存在着暗能量。暗能量占宇宙总质能比更大,均匀弥散分布在整个宇宙空间。通过“普朗克卫星观测得到的数据是,在宇宙总质能中,普通物质占4.9%,暗物质占26.8%,暗能量占68.3%。

研究认为,暗能量是主导宇宙膨胀的力量,是一种充溢空间的负压强能量,起着类似反应力的作用;而暗物质是维系宇宙引力的力量,它像胶水一样把所有物质连接在一起。早先的理论认为,由于暗物质的存在,引力会导致宇宙膨胀逐渐放慢,但1998年两个科学团队通过观测遥远的la超新星光谱红移现象,发现宇宙膨胀依然在加速,从而颠覆了以往的理论。

科学家们把这种看不见,主导着宇宙冲破暗能量的引力束缚,不断催动宇宙加速膨胀的力量称为暗能量。宇宙膨胀现象被认为是暗能量和暗物质两种力量的博弈,现在暗能量占据上风,并且有不断吞噬暗物质的迹象。但最终鹿死谁手,尚难预料。

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  • 暗物质暗能量是解开宇宙之谜的关键。

研究暗物质暗能量之所以很困难,一直进展不大,是因为这两种东西都不吸收和反射辐射光,不与电磁波发生交互作用。而人类现在所有的观测手段都是依靠电磁波,因此在人类面前,这两个东西都完全是隐身透明的。

但它们确确实实的存在,存在的根据和计算就是通过引力作用和宇宙膨胀来体现的。

这两种物质,相对来说,暗物质的存在更容易被观测到。因为虽然由于这两种物质都不参与电磁作用力,人们看不到,但暗物质参与了引力作用,科学家们可以通过引力场方程精确的计算出来;而暗能量几乎什么“把柄”也没落下,人们只能够从加速膨胀的宇宙,精确测量出宇宙膨胀速率的“哈勃常数”,“感觉”到它的存在。因此暗能量模型在科学界各有说法,混乱而复杂,甚至有人认为这就是过去被否定的“以太”。

由于可见物质只占宇宙质能总量的4.9%,因此科学界的共识是弄清暗物质和暗能量,是宇宙奥秘得到解开的终极钥匙。

暗物质看不到,凭什么证明其存在,它能逃脱被黑洞吞噬命运吗?

  • 暗物质逃脱不了黑洞的无限曲率。

黑洞最主要特征就是物质龟缩进了自己质量的史瓦西半径里,从而得到了一个无线曲率,也就是以质量成正比形成了一个球状空间的无限引力范围,任何掉落到这个范围的物质都无法逃逸,逃逸速度大于光速。

既然暗物质是有质量的物质,且是通过引力发生作用的,当然就会与黑洞引力发生作用。而科学家们通过计算机模拟宇宙大尺度结构的形成得知,暗物质的运动速度远低于光速,否则我们宇宙就无法在引力作用下形成这种被观测到的大尺度结构。

暗物质看不到,凭什么证明其存在,它能逃脱被黑洞吞噬命运吗?

黑洞史瓦西半径内逃逸速度是等于或大于光速的,这样就导致两个结果:一是暗物质会与黑洞引力发生作用,而被黑洞无限引力所捕获;二是暗物质的速度小于光速,逃脱不了黑洞的吞噬。

可见物质在靠近黑洞史瓦西半径时,随着黑洞角速度转动越来越快,迸发出明亮的可见光和高能射线,从而被人类观测到。暗物质是与可见物质混杂在一起的,可以想象,当这些混杂在可见物质中的暗物质被黑洞捕获时,一部分被引力抛出,一部分被吸引进黑洞史瓦西半径内,被黑洞奇点无限曲率拉扯,只有无可奈何地掉落到奇点那个无底深渊。

就是这样,欢迎讨论,感谢阅读。

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