我們的存在歸功於暗物質

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星系的種子以物質和輻射平均密度的小擾動的形式播撒在嬰兒宇宙中。這些種子很可能源自未知原始場中的量子力學波動,該場在大爆炸後的一小部分時間內主導了宇宙的質量平衡。

由於重力的吸引力,種子隨着時間的推移而生長。平均而言,宇宙正在膨脹,但密度高於平均水平的區域受到引力束縛。它們的膨脹首先減慢,然後停止並轉變爲局部收縮(微型大崩潰),從而導致穩定物體(例如星系)的形成。

坍塌形成銀河系的區域包含約一萬億個太陽質量,其中 85% 是暗物質,15% 是構成我們的正常物質。由於地球上的生命圍繞着人類和由普通物質組成的物體的相互作用,因此暗物質通常被認爲是深奧的東西,與我們的日常生活無關。但事實上,如果沒有暗物質,太陽、地球和我們所知的生命將永遠不會存在。

銀河系形成的物質來自現代宇宙中約六百萬光年的空間區域。考慮到宇宙膨脹,早期該區域較小,其中物質密度較大。最初,該區域的密度偏差相對於宇宙平均值來說很小。但幾十億年後,該區域開始縮小,最後崩潰,形成了銀河系。

如果沒有暗物質,這個過程就不可能發生。如果宇宙只包含普通物質,那麼形成銀河系的初始密度擾動就會消散。這是因爲在大爆炸後的前 40 萬年裡,普通物質與輻射密切相關。在宇宙演化的早期階段,輻射主導着宇宙的質量平衡,並抑制了擾動的引力增長,因爲光速明顯超過了逃離擾動引力坑的速度。但一旦宇宙冷卻到 3000 開爾文以下,並且由自由電子和質子形成中性氫原子,普通物質就會從輻射中分離出來。

在這個分離過程中,普通物質的密度擾動被光子的擴散所消除,從而消除了銀河尺度上的密度變化。然而,暗物質與輻射無關,因此保留了星系尺度上初始密度擾動的記憶。一旦物質開始主導宇宙的質量平衡,即大爆炸後約五萬年,這些擾動就在自身引力的影響下開始增長。

當氫原子形成時,普通物質變得電中性,不再像早期階段帶電電子和質子耦合那樣與輻射耦合。然後,中性普通物質開始落入暗物質形成的引力坑中,最終進入隨後在數十億年裡坍縮成星系的區域。

讓我們明確一點:如果暗物質不存在,銀河系——以及像太陽這樣的恆星和像地球這樣的行星——就永遠不會形成。由於暗物質保留了銀河系規模最初擾動的記憶,地球生命得以繁榮發展。我們的存在歸功於暗物質。