暗物质|为何科学家们对暗物质不持怀疑态度?( 三 )


虽然这并不意味着不能进行更复杂的修改(实际上 , 已经提出了许多修改) , 但是这种修改可以解释很多问题的想法似乎并没有解决 。 对于引力的修改 , 最简单 , 最直接 , 也是最引人注目的方法并不能使您在宇宙的宏伟计划中走得太远 。
但是对于暗物质 , 完全相反 。 通过向宇宙添加一种成分——一种引人入胜的新形式物质 , 但不会通过其他任何基本力与自身、光子、中微子或正常(基于原子)的物质发生相互作用——我们到达了关于宇宙如何形成结构的全新印象 。
在宇宙的最初阶段 , 天体将试图崩溃 , 因为超密度区域会在引力作用下吸引更多的质量 , 但辐射会阻止这种增长 。 正常物质会与该辐射相互作用 , 当密度太大时会被“反弹”回去 , 而暗物质将对该效应不敏感 。 结果 , 您将有两种截然不同的行为 , 彼此叠加在一起:
正常物质的行为 , 该物质对引力、辐射压力、与光子的相互作用以及粒子与粒子之间的相互作用作出响应 , 暗物质的行为对引力和周围环境变化的影响作出反应 , 根本没有任何其他相互作用 。
这个天然的实验室——早期宇宙的实验室——实际上是暗物质的一个非凡的试验场 。 原因很简单:当宇宙中的引力缺陷很小时 , 会有微不足道的混乱 。 如果我们从一小群引力缺陷和一些简单的成分(如正常物质、暗物质、中微子和光子)开始 , 我们可以精确计算这些缺陷将如何演变 , 只要这些缺陷与整体物质密度相比很小 。
什么时候缺陷很小?在两个地方:
在宇宙的早期 , 在它们变得太大之前 , 在大宇宙尺度上 , 经历大量引力增长需要更长的时间 。 这就是为什么至关重要的是 , 既要研究宇宙的大尺度结构(可以很好地计算暗物质的预测) , 又要研究宇宙微波背景中留下的波动 , 其特征是宇宙的遗迹 。 宇宙大爆炸后仅38万年的宇宙 。 借助SDSS等大规模大规模结构调查和WMAP和普朗克(Planck)进行的全天空宇宙微波背景调查等现代数据集 , 发现了暗物质在理论和观测之间精妙契合 。
如果观察成功不是那么深刻和明确 , 那么暗物质将永远不会成为当今流行的公认理论 。 除非支持暗物质存在的直接证据是压倒性的 , 否则不会出现科学共识 。 尽管我们仍然缺乏(并且热切地寻找)我们希望从理论上找到的负责暗物质的粒子方面找到关键的直接检测证据 , 但间接证据如此强大以至于具有决定性 。
从天体上讲 , 暗物质(或迄今仍无法区分的东西)解释了一系列观察结果 , 包括在最大的宇宙尺度上和最早的宇宙时期:理论上不确定性最小的地方 。 在以后的规模较小的情况下 , 会出现很多复杂情况 , 这使模拟成为必要 , 但也必然充满不确定性 。 当我们查看不确定性最小的地方时 , 也会发现最强的证据 。 在科学中 , 我们经常说非同寻常的主张需要非同寻常的证据 。 但是 , 如果存在该证据 , 您将自己承担后果 。