反物質由本質上與可見物質粒子相同但具有相反電荷的粒子組成。這些粒子稱為反質子和正電子(或反電子)。當反粒子遇到粒子時,就會發生爆炸,導致兩種物質相互抵消。因為我們生活在一個由物質構成的宇宙中,顯然周圍沒有那麼多反物質,否則就什麼也沒有了。與暗物質不同,物理學家實際上可以在實驗室中制造反物質。
暗物質存在嗎?
我們所知道的是,如果我們觀察一個典型的星系,考慮到我們看到的所有物質(恒星、氣體、塵埃)并使用牛頓的引力和運動定律(或更準確地說,愛因斯坦的廣義相對論),嘗試描述該材料的運動,然后我們得到錯誤的答案。星系中的物體(幾乎所有星系)移動得太快。不應該有足夠的引力來阻止它們飛出所在的星系。對于以星團形式運動的星系來說也是如此。
有兩種可能的解釋:
1. 還有更多我們用望遠鏡看不到的東西(物質)。我們稱之為暗物質。
2. 牛頓定律甚至廣義相對論在星系和更大的物體的尺度上都是錯誤的。這個想法通常被稱為修正重力(因為我們需要修正GR)或修正牛頓動力學(MOND)。
大多數情況下,宇宙學家認為答案是星系的行為可以用暗物質來解釋。為什麼?部分地。因為要寫出一個成功的 MOND 理論或修正引力理論非常困難。部分原因是,當我們用微波望遠鏡觀察宇宙背景輻射(CMB),即來自早期宇宙的光時,根據廣義相對論,我們發現還需要相同數量和類型的暗物質。解釋宇宙 50 萬歲以下時聲波的行為,以及我們能夠看到的聲波印記。修正引力很難為所有這些系統(星系、星系團、宇宙)提供統一的解釋。
但我們還不知道暗物質是由什麼組成的。
暗物質有質量嗎?
如果暗物質存在,它一定有質量。無質量暗物質的行為方式不會解決暗物質所解決的問題。
暗物質有什麼作用?
關于暗物質(假設它存在),我們確定的兩件事是它施加重力(有質量)并且它移動緩慢(與光速相比)。
你如何尋找暗物質?
由于我們不知道暗物質是什麼,答案是:對于每一種可能的暗物質候選者,都有不同的策略來搜索它。人們在地下深處建造了巨型探測器(以遠離流經我們周圍環境的所有其他粒子),并尋找暗物質穿過地球頭頂后撞擊探測器的信號。
我們碰巧正在尋找一種質量相當大(約 100 克到數噸)的暗物質,并且會產生更容易看到的效應。
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