科學也可以如此靠近

如果不是暗物質產生了宇宙的異常引力,而是光子呢?

3月
07
2019

2019年3月07日11時 宇宙接觸

宇宙接觸

幾十年來,天文學家一直在尋找神秘的暗物質。雖然暗物質被認為是普通物質的五倍之多,但現在的儀器仍然無法探測到這種神秘的物質。但最近,天體物理學家提出一種新的可能性:如果不是暗物質在影響星系的自轉呢?如果是光的質量呢?

在1980年,天文學家維拉·魯賓(Vera Rubin)發現了一種奇怪的現象,恆星繞星系中心的公轉速度應該會隨著與中心距離的增加而減慢,這被稱為開普勒遞減,或旋轉曲線遞減,在諸如太陽系這樣的行星系統中可以很明確地觀測到。然而,星系邊緣的恆星公轉速度其實非常快,與其他靠里的恆星相差不大,星系的自轉曲線與理論上有很大的偏差。

因此,星系的實際引力比觀測到的物質所產生的引力要高,不然星系的結構就會崩潰,邊緣的恆星會脫離星系進入星系際空間。於是,天體物理學家提出星系中可能存在著大量的暗物質,它們產生的巨大引力維持了星繫結構的完整。

不過,暗物質無法產生電磁作用,所以它們無法通過電磁波觀測手段直接探測到。如果沒有其他可能,這意味著肯定有什麼東西在那裡製造額外的引力。

根據《天體物理學雜誌》(The Astrophysical Journal)最近刊載的一項研究,來自美因茨大學、勞倫斯利物莫國家實驗室的物理學家團隊提出了另一種解釋,他們認為導致星系旋轉曲線出現異常變化的不是暗物質,而是光子。至少在一定程度上,光子是異常星系旋轉曲線的來源之一,它們產生的效應不是引力,但卻表現得非常像引力。

如果假設一定的光子質量(光子無靜止質量,但有運動質量),遠小於當前的上限,物理學家可以證明,這種光子質量足以在星系中產生額外的力,而這些力大致足夠大,完全可以解釋異常的星系旋轉曲線。物理學家把這種效應描述成一種「負壓」,由與光子質量有關的電磁應力引起。

基於麥克斯韋-普羅卡電動力學,這些電磁應力可以產生額外的向心力,主要作用於星際氣體。研究團隊稱這種壓力為普羅卡應力,其作用很像重力。

不過,這一假說還存在一些問題。

一方面,從氣體雲中誕生的短命大質量恆將會與氣體雲強烈耦合,作用於氣體雲的普羅卡應力也會間接作用於這些恆星。然後,長壽命的中低質量恆星會產生一個問題。太陽每隔大約2.3億年就會繞著銀河系中心旋轉一周,而它已經存在了46億年,所以它已經完成了大約20次公轉。根據團隊的計算,在普羅卡應力的作用下,像太陽這樣的中低質量恆星會有一個偏心率很高的橢圓軌道。

然而,事實並非如此。因此,這個模型需要進一步改進才能符合我們實際所觀測到的宇宙現象。但不管怎樣,由光子產生的負壓確實會造成一定的作用。只是在現階段,暗物質仍然是解釋異常星系旋轉曲線的最好假說。


延伸閱讀

每年被人類吃掉1億條,連魚苗都「趕盡殺絕」,野生

太陽的引力遠遠大於地球的引力,為何月球一直跟著地

一百年前物理學大廈上空有兩朵陰雲,現在物理學大廈

黑洞差一點毀了「時間」概念:它曾威脅到了熱力學第

因味道鮮美,差點吃到絕跡,它是2003年的風雲動


熱門內容

友善連結