用人话说就是公转速度。
如果星系的引力仅由可见物质提供,那么可以计算出旋转曲线应该会呈现出这样一个效果:
距离星系中心越远的星体,旋转速度应该越慢。
然而,薇拉·鲁宾对仙女星系进行观测时却发现……
实际的旋转曲线在超出一定距离后。
离星系中心越远的星体,旋转速度和内部几乎保持不变。
这意味着什么呢?
上过高中物理的同学应该都知道。
距离星系中心距离相同的情况下。
v1(也就是理论上应该拥有的较慢速度)和v2(薇拉·鲁宾观测到的旋转速度),二者的离心力是截然不同的。
前者低,后者高。所以如果星系的引力仅由可见物质提供,那么理论上用v2旋转的星体将会被甩出星系。
除非……
那些星体被某些看不到的东西所吸引了,因而被束缚在了星系中。
也就是星系的实际质量,要比观测计算出来的质量更大。
这就是暗物质的万恶之源。
等到了2022年,暗物质的证据就很多了。
比如通过多种相互独立的测量方法得到的星系(或星系团)总质量,比其中普通物质的质量多出很多。
又比如关于宇宙微波背景辐射的观测。
又又比如关于不同宇宙年龄时形成星系团数量的模拟等等……
另外要提及一点的是。
目前对星系质量的计算方式已经非常成熟了,不会出现太大的误差。(具体方式可见281章)
所以呢。
以上那些情况是切实存在的,要想解释这些反常现象,人们有两种办法:
一是坚持已知的引力理论——也就是广义相对论的正确性,但引入某种电中性的物质提供额外引力源。
这种粒子其只参与引力但不参与电磁相互作用,无法通过电磁手段探测到它,故称为“暗物质”。
二则是不引入暗物质的概念,而是通过修改引力理论,使得修正后的理论在宇宙大尺度结构上符合天文测量结果。
粒子物理学家选择方案一。
因为毕竟引入新粒子是更经济和屡试不爽的办法,并且早先的许多模型引入后来被证明都是正确的,比如说希格斯粒子。
但广义相对论学家呢,则大多喜欢方案二。
因为又可以吃成长快乐了。
目前持观点一……也就是暗物质存在的科学家数量,要远高于后者。
比如咱们国家就发射了悟空号暗物质探测卫星上天探查,国外也有很多相关项目。
现在科学界比较准确的说法是这样的:
宇宙总质能中,只有4.9%的可见物质。
也就是我们看得见的星系、星云尘埃、恒星、行星等只占宇宙总质能的4.9%,还有95.1%,是26.8%的暗物质和68.3%的暗能量——这不是民科哈,是宇宙学如今比较统一的看法。(比如《science》的这篇10.1126/science.1146676还有这篇org/10.1093/mnras/staa3016)
不过需要明确的是。
虽然理论上支持暗物质存在的证据有很多很多,暗物质的存在概率要比‘引力子’大上了无数倍——这里的无数倍不是夸张,而是确实如此。
但截止到目前,人类依旧没有发现任何一种非广义概念的暗物质。
这玩意儿某种意义上有些像是黑洞:
大家都知道黑洞存在,但直到2019年事件视界望远镜拍到了吸积盘之后,人类才第一次从事实上确定了黑洞存在。在那之前,物理学界和天文学界只能用现象去表明黑洞存在。
暗物质也是同理。
在中微子震荡发现之前,科学界一直认为中微子最可能是暗物质。
但在中微子震荡被发现后,这种可能就被pass了。
因为中微子震荡证明中微子在宇宙中星系形成时是相对论性运动的,如果它们作为暗物质的主要成分的话,将会阻碍星系乃至宇宙大尺度结构的形成,所以不能是暗物质的主要成分。
如今中微子被归类为了热暗物质……也就是以接近真空光速的速度运动、不参与电磁相互作用的暗物质的一部分。
这就好比进化论一直在找标准的‘人猿’,也就是界于原始人和猿猴之间的那种进化中间体。
但找来找去死活找不到人猿,就只能无奈把黑猩猩归类到了‘半步人猿’‘猿猴巅峰大圆满’‘可受人猿一击而不死’这种概念。
也就是硬算的话可以算进去,但没啥实质意义。