了不起的物理

42 為什麽說銀河係轉得過快了?

字體:16+-

宇宙裏麵有什麽?答案是物質和能量。宇宙裏麵很顯然有各種各樣的天體,行星、恒星、白矮星、紅矮星、超新星、中子星、脈衝星,等等,這些都叫普通物質(ordinary matter),看得見、摸得著。除了物質還有能量,有電磁波形式的能量,運動的物質有動能,引力會產生引力勢能,等等。但這些普通物質和能量隻占宇宙質能總量的5%左右,剩下的95%物質和能量當中,有23%叫暗物質。

暗物質並非一種已經被證實存在的物質,它目前隻是一種理論假設。為什麽要做這樣的假設呢?因為我們要解釋一個問題,那就是銀河係轉速過快的問題。銀河係會繞自己旋轉,但是科學家估算了一下銀河係裏的物質可以給自身提供的引力,發現這個引力太小了,無法支撐銀河係如此快的旋轉速度,照理說銀河係早就應該散架了。為了解釋這個現象,科學家們發明了一個概念,假定有這樣一種物質叫“暗物質”,它看不見、摸不著,唯一的作用就是提供引力,並且這種暗物質彌漫全空間,它們隻在大尺度上體現出顯著的引力作用。

除了暗物質以外,宇宙中72%的能量是暗能量。與暗物質的概念類似,暗能量並非一種已經被證實存在的能量,它目前隻是一種理論假設。為什麽要做這樣的假設呢?因為我們要解釋,為什麽宇宙的膨脹規律是加速膨脹。根據哈勃的觀測,他發現越是離我們遠的天體,遠離我們的速度越快。宇宙中天體的關係,就好比一個氣球上的點,當你吹大一個氣球的時候,氣球表麵點與點的距離也在變大,並且點之間的距離越遠,它們的距離增大得越快。什麽是宇宙的加速膨脹呢?這就好比你在加速地吹大一個氣球,你越想讓氣球快速變大,就要吹得越賣力。換言之,你要對氣球輸入的能量就越多。