光子与引力子谁更小?
这个问题本身就有问题,而且不止一个问题。
光子是什么?是传递电磁相互作用的光量子。引力子是什么?既然光子传递电磁相互作用,类比一下,引力子传递万有引力相互作用。
现在对万有引力的认识尚不如对电磁相互作用的认识,引力子存在不存在还是一个问题呢。
既然对引力子的认识还远远不足,就不能拿它和光子比大小。不过,其他粒子之间可以比较大小吗?比如质子、电子、中子,谁大谁小?
没有猜错的话,题主要比较的是它们个头的大小,可是粒子之间谁的个头大谁的个头小至少现在无法回答。它们长得什么样,谁也不知道;它们的尺寸是多少,没有确切的数值。有一些文献会给出一些粒子的半径,需要注意的是,那并不是粒子的真正半径,而是目前的手段能够得到的它们半径的上限。既然如此,至少目前谁大谁小是无法比较的。
引力子还未发现,连理论也没有,只有假说。引力本身就是空时扭曲,再要加个子。。。基本就完全不能理解是什么了。另外像这种微观粒子没有大小。如果给光子一个空旷的宇宙,光子就能占满全宇宙,你在宇宙中任何一个位置发现这个光子的概率是相同的。
到底什么是暗物质,暗物质是怎么发现的呢?
暗物质到目前为止并没有发现,而是科学家为解释特定的现象而推测出来的物质。由于这种物质我们没有发现,一直存在于理论中,所以科学家称之为暗物质。当然,我们可以借鉴之前的经验来理解它。我们都知道,光是一种电磁波,而并不是所有的光都是可见的,像一般的通信信号,宇宙射线类的电磁波我们是无法用肉眼看见的,只有特定波长和频率的光才是可见光。所以科学家们大胆假设了暗物质的存在。
暗物质存在的证据暗物质最早存在的依据是来源于星系团的速度弥补,星系的旋转速度曲线,再到后来观测到的引力透镜。科学家们发现,这些现象仅仅用普通的物质观无法解释,通俗的说就是普通的物质无法提供这么大的引力来维持星系或者恒星的速度。举个例子,太阳系所有行星都绕着太阳跑,距离太阳越远,公转速度越慢。根据牛顿的引力理论,旋转星系也应该遵循这一规律旋转才对——但是观测结果却大大出乎意料,处在远离星系中心的恒星,公转速度要比开普勒定律的理论值大很多,恒星速度越大,需要拉住它的引力就越大。
神秘的暗物质再宇宙中如何分布的首先,暗物质跟普通的物质一样,并不是无处不在的,它们分布在宇宙中特定的位置,目前还没有找到暗物质的分布规律,但是通过目前的观测资料显示,暗物质既存在于星系团周围,也存在于看起来什么都没有的空间中。
人类生存的银河系周围确定分布着暗物质,因为通过观测得到银河系周围的恒星,不管距离远近,都以大概一直的速度在公转。但是银河系中心提供的引力是由近及远的,也就是说离银河系较远的恒星是由暗物质的引力提供了部分维持速度的引力。
暗物质为什么难以被发现?目前为止,能够确定的是,暗物质占整个宇宙物质成分的26.8%,普通物质占4.9%,另外就是暗能量为68.3%。暗物质的引力效应跟普通物质之间的引力一样,使得它们聚集成团,彼此向内拉拽。除了暗物质看不见摸不着之外,暗物质难以被发现主要还有下面几个原因,第一,暗物质除了提供引力,不参与宇宙中其他的作用力。第二,因为暗物质的物质是电中性的粒子所以也不往外发射电磁波。第三,暗物质的运动速度也远远低于光速。
如果我们现在已经完全搞清楚了暗物质是什么,那暗物质可能就不叫做暗物质了,而是有了具体的名字。之所以它会被叫做暗物质,就是因为我们还没有完全搞清楚它到底是什么东西。那人类是如何发现暗物质的呢?暗物质又有什么特点呢?我们接下来分两份来仔细讲一讲。
恒星的运动速度早在1930年代就有科学家在观测星系周围恒星时,发现这些恒星跑得特别快。当然,我们也知道速度是相对的,这个“快”究竟是快的呢?
简单来说,就是按照理论计算,我们可以得到一个恒星相对于星系质心的运动速度,可实际上一观测就发现,这个速度不符合理论,要快出很多。其实科学家最喜欢看到这种情况了,因此有异常就意味着有机会搞出新理论。不过,当时发现这个现象的两位都是大神,手头上都有更重要的研究要搞,就放弃了这个研究。
这个问题同样发生在银河系,就拿太阳来说,理论计算值得到的是太阳速度是160km/s,而实际上测到的速度却是220km/s。
但是我们要知道,科学家的计算方式是通过牛顿理论。牛顿理论已经被证明是极其精准的理论,经受住了很多考验,大概率上是不会出问题的,但也不是观测错了。因此,有可能是存在着什么因素我们没有考虑进去。
科学家通过计算发现,如果要让恒星这样高速运动,还需要额外5倍左右的引力。所以,科学家就解释了存在一种东西叫做:暗物质。它参与引力作用,提供了额外的引力。而且暗物质的总量大概是已知物质总量的5倍之多。
但是,你可能要说了,感觉就是凭空想象出来的一个东西,它真的存在么?
实际上,科学家不仅仅是想象,还真的就去仔细观测了。无论是间接观测还是直接观测在近些年来已经有很多了。包括我们国家的悟空探测器也是专门用观测暗物质的。在未来,各国也都在计划增加暗物质观测的相关项目,这是目前非常前沿的科学研究。(下图中就是通过引力透镜效应观测到的暗物质的踪迹,图中用蓝色标出的就是暗物质。)
基于目前的观测结果来看,我们基本上可以确定暗物质是存在的。但是还没有办法确定暗物质的具体性质。
暗物质的特点之所以很难确定暗物质的具体性质,主要原因就是暗物质太奇葩了。在自然界中,存在着四种作用力,分别是引力,强相互作用,弱相互作用和电磁相互作用。
其中强相互作用的强度是最强的,电磁相互作用其次。然后是弱相互作用第三,引力最弱。我们在观测天体时,通常使用的是电磁相互作用。说白了,就是天体发出的光子来到地球,被我们捕获到,而光子就是参与到电磁相互作用当中的。
而暗物质是不参与强相互作用和电磁相互作用的,因此,我们根本无法通过常规手段观测到它。它可能只参与弱相互作用和引力。而弱相互作用和引力是很弱很弱的,其次弱相互作用的发生概率极其低。所以,我们才会很难感知到的暗物质的存在。
按照目前的主流理论,也即是冷暗物质模型。科学家认为暗物质是均匀分布在整个宇宙空间的,包围者我们的星系。其中“冷”说的其实是暗物质只是极其缓慢的移动。也就是说,由于暗物质这样的特性,即使它现在正在穿过你的身体,你也压根感觉不到。
以上这些,就是目前对于暗物质的一些看法,但是如果你非要问暗物质到底是什么,其实科学家是没办法回答你的。而且它大概率是由我们未知的物质粒子构成的,也就是说,构成它的粒子并不在目前的粒子物理学标准模型当中。
这也是为什么,现在各国都在想尽各种办法去研究暗物质的原因。因为对于暗物质的了解很有可能会引发物理学理论的革命。而每一次物理学理论的革命都会带来巨大的科学技术的革命。