宇宙学两问答，解开宇宙中心与暗物质之谜

宇宙有中心吗？

听起来也许很奇怪，但宇宙确实没有中心（所以“中心在哪里”和“它是由什么组成”这样的问题就不太有意义了。）的确，我们很难去想象任何东西，它占据了空间却没有中心。但最常见的思考方式是：

拿一个普通的气球，把它吹大一点。用黑色马克笔在气球上点上一些点，使它们分散在气球任意位置上。现在，注意观察，没有一个点是处于气球中心的。如果你住在某一个点上，也许你能够环游气球表面，参观其他的点，但你找不到中心。如果你继续吹这个气球（注意不要把它吹破！），点与点之间的距离会越来越远，但这些正在远离的点所在的气球表面，仍然没有中心。

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图解: 可观测宇宙的模拟全图，室女座超星系团位于中心位置，但因过于渺小以至于看不见。

气球表面是三维空间中的二维表面（你无法找到中心，除非你可以在第三个维度自由移动——除了往下挖，否则你找不到地球中心）。而宇宙是四维时空的三维表面，唯一像“中心”的东西是宇宙爆炸开始的时间点。在那个时间点，宇宙所有（三维）空间和逐渐会组成星系、恒星、行星和你的物质都紧紧的挤在一起。

图解：艺术家对可观测宇宙的对数尺度构想，以太阳为中心，朝外是太阳系内行星和外行星，柯伊伯带，奥尔特云，南门二，猎户臂，银河系，仙女座星系，邻近星系，宇宙纤维状结构，宇宙微波辐射以及处在边缘的不可见的大爆炸等离子体。

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暗物质是什么，你相信它吗？

天文学家们可以通过星系发出的光量来估计星系的质量。一般说来，越亮的星系质量越大。他们也可以通过测量恒星围绕星系中心旋转的速度来估计星系质量。但当我们对比用这两种方法得出的结论的时候，却发现了质量差异。用环绕速度得出的质量比用光得出的更大。换句话讲，行星的运动速度，比根据星系中发光的质量预测的要快得多。

图解：从引力透镜产生的效应，星系团CL0024+17内部被发现存在有一个暗物质圈，在这张哈勃太空望远镜像片里以蓝色显示出来。

从这一切中得出的最重要的结论是：当前我们了解的引力定律告诉我们，星系中存在的质量比我们能看到的要多。第二件重要的事是有两个合逻辑的结论：1）一定存在大量不发射（或很少）电磁辐射的物质（暗物质）。或者2）我们用于判断质量差异存在的引力定律本身是错误的。如果结论2是正确的，那就没有任何必要使用暗物质了，因为只要我们运用另外的引力定律，质量差异就会消失。

目前，一些天文学家和物理学家在研究另外的引力定律可能会是什么。但大多数天文学家和物理学家更喜欢结论1，因为我们当前使用的引力定律经实验证实得很好。

图解：被暗物质包围绕着的地球想像图

如果我们接受结论1，那我们就要尝试去解决暗物质是什么的问题。螺旋星系旋转的数学分析显示，暗物质存在于围绕星系发光部分的巨大的晕中。暗物质被认为几乎完全由MACHOs或WIMPs组成。MACHOs（晕内大质量高密度天体）是褐矮星或白矮星，又或者是大质量黑洞。

目前正在进行许多实验去确定这些物体。WIMPs（弱相互作用重粒子）是理论预测得到的一种特殊的亚原子粒子。它们很少与正常的物质（也就是构成行星的物质）相互作用，除非通过它们的引力效应。如果WIMPS真的存在的话，那么它们中的一些现在应该正在穿过我们的物理实验室。的确，进行中的实验正尝试在它们原子核碰撞的时候探测到它们。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. Mike Barker- astro- Sisyphus

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翻译：天文志愿文章组-

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排版：零度星系