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假如你变成暗物质

2018-09-14梦妮

科学之谜 2018年6期
关键词:暗物质物理学家引力

梦妮

我们常常说世界是由原子组成的,无论天空中发光的恒星,还是具备非凡智慧的人类,全都概莫能外。

然而,原子并非最小的物质单位,每个原子包含三个小的亚原子粒子——质子、中子和电子,质子、中子又可以拆分为夸克。现代物理学认为,所有这些粒子依靠着4种基本的相互作用聚在一起。比如,中学老师在物理课上提到的弹力、摩擦力、压力、支持力等等,在原子的层面上,都是通过电磁相互作用实现的;而所有具有质量的物质之间的相互作用,被统称为引力相互作用,其规律粗略表现为牛顿万有引力定律,更精确的表现理论是广义相对论;此外,在亚原子尺度还存在短程的弱相互作用和强相互作用,这两种相互作用的表现只存在于原子核内部,不能被宏观世界里的我们所觉察。

基本粒子加上4種基本相互作用,这组成了物理学家眼中的物质世界的一种模型。

假如世界上有一种新的未知现象,物理学家首先会想到在已知的模型中寻找对应解释。如果实在找不到,就想办法对已有的理论修修补补,以期能解释新的现象——暗物质的概念就是这么来的。

比如,宇宙膨胀和微波背景辐射就是新现象,物理学家根据它们推导出了宇宙的年龄、能量密度和膨胀速度,发现如果没有一类新粒子,其引力效应比已知粒子的引力效应大,那么宇宙就演化不成现在的样子,但物理学家又找不到这样的粒子,所以就提出了暗物质——物理学家认为它们弥漫在宇宙中,不参与电磁相互作用,只存在引力相互作用,它们和普通物质也没有任何反应,穿透力出奇的强。

那么,如果你的身体里所有粒子都被转化为暗物质,你会发生怎样的变化呢?物理学家做过估计,一个体重70千克的成年人大约由7×1027个原子组成,这些原子包含了各种不同的元素,依靠电磁相互作用聚合在一起。

如果这些原子突然变成暗物质粒子,那么由于电磁相互作用的消失,这些原子将不再以任何方式聚集在一起,你的细胞、器官、身体会瞬间消失,变成1027个进行无规则热运动的暗物质粒子。就像洒在地上的香水一样四处飘散。但由于暗物质和普通物质不会发生任何反应,所以你的身体粒子视地球与其他物体为无物,好像在真空中运行一样,在地球内部和地球表面运动,完全不受空气阻力、风力等因素的影响。

然而,在这种状态下,暗物质粒子仍然会受到地球引力的束缚,不会逃逸到地球外面去,在地球引力的影响下,它们一直会朝着地心落去。它们也不会停留在地心,因为它到达地心时的速度太大了,“刹不住车”,会以惯性朝另一头继续飞去,只是这时地球引力会让它们减速,等到速度减为零的时候,又调头朝地心奔去,这样它们就以地球为中心,来回振荡。当然,这些暗物质粒子有可能会像物质粒子一样,有不同种类,在振荡过程中运动轨迹有可能不同,所以不会整体同步振荡,最后各自相互的位置会发生很大变化。

所以,如果你变成暗物质,你会像烟雾一样消散,永远无法重聚。你应该庆幸,这种情况在现实世界中不可能发生。

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