馬世航

暗物質(zhì)是引力波背景輻射？
——一種基于大爆炸理論對(duì)暗物質(zhì)本質(zhì)的猜想

馬世航

暗物質(zhì)是一種假想的不參與電磁作用，只參與引力作用的物質(zhì)。本文就引力波首次被天文觀測所測得這一契機(jī)，對(duì)暗物質(zhì)的本質(zhì)做了一種大膽猜想，認(rèn)為暗物質(zhì)就是大爆炸時(shí)期大量正反粒子互相泯滅所引起的引力波背景輻射。

引力波；時(shí)空扭曲；大爆炸；暗物質(zhì)；背景輻射

由廣義相對(duì)論原理可知：

萬有引力是質(zhì)量的存在導(dǎo)致時(shí)空扭曲的結(jié)果。有質(zhì)量存在，就存在時(shí)空的扭曲。質(zhì)量的大小決定了時(shí)空扭曲程度的大小。這種時(shí)空的扭曲使得物體宏觀上表現(xiàn)出受某種力的作用，即萬有引力。

電荷的變加速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的傳播。具體而言，就是電荷產(chǎn)生的影響（即電場）的傳遞需要時(shí)間，若電場場源——電荷作變加速運(yùn)動(dòng)，這種影響（即電場）就以波動(dòng)的形式向外輻射，即電磁波。同樣的，與此類比，有質(zhì)量的物體（暫設(shè)其質(zhì)量為正）作變加速運(yùn)動(dòng)，將產(chǎn)生引力波。具體而言，就是有質(zhì)量的物體產(chǎn)生的時(shí)空扭曲（我們也可以將這種時(shí)空扭曲理解為引力場，時(shí)空扭曲的程度就是引力場的場強(qiáng)。當(dāng)然，我們只能這么去理解，所謂的場，如電磁場，是存在于時(shí)空中的，如光在太陽附近發(fā)生的彎折，實(shí)際上就是電磁場產(chǎn)生的的影響在扭曲的時(shí)空中“直線傳播”。）產(chǎn)生的影響（時(shí)空的扭曲）的傳遞需要時(shí)間，若質(zhì)點(diǎn)（引力源）作變加速運(yùn)動(dòng)，這種影響（時(shí)空的扭曲）就以波動(dòng)的形式向外輻射（按照普遍的說法，叫時(shí)空漣漪），即引力波。這種波動(dòng)的時(shí)空彎曲，同樣具有產(chǎn)生所謂萬有引力的能力。以光為例，當(dāng)光子通過這種波動(dòng)的扭曲時(shí)空時(shí)，就會(huì)在這種扭曲的時(shí)空里“直線傳播”。如果通過的是有質(zhì)量的物體，那么這物體就會(huì)“平白無故”地向著時(shí)空波動(dòng)扭曲的方向加速。即使那個(gè)地方根本沒有引力源，但依然會(huì)受到“萬有引力”的作用。

假設(shè)有一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，（與檢驗(yàn)電荷類比），受到它附近通過的一段引力波脈沖的影響，那么可以想象，在這個(gè)引力波脈沖通過的過程中，宏觀上這個(gè)檢驗(yàn)質(zhì)點(diǎn)會(huì)受到朝向這個(gè)引力波脈沖的“萬有引力”。若空間中存在大量均勻分布且各向同性的以引力波脈沖的形式存在的引力波背景輻射，則總體而言，空間就會(huì)產(chǎn)生一種向“內(nèi)”的吸引作用。

在這意味著，由于引力波的存在，時(shí)空的扭曲不一定要存在實(shí)實(shí)在在的質(zhì)量，也就是說，存在脫離物質(zhì)質(zhì)量的引力。

根據(jù)大爆炸理論，宇宙早期，曾存在大量正反粒子以驚人的速度相互碰撞，與其反物質(zhì)結(jié)合，湮滅，質(zhì)量化為能量，迅速散失在宇宙中。這些正反粒子的質(zhì)量瞬間消失，但在相互加速碰撞中對(duì)時(shí)空擾動(dòng)所產(chǎn)生的引力波并不會(huì)消失，而是將這些由正反粒子的質(zhì)量產(chǎn)生的時(shí)空扭曲向周圍不斷地輻射。那么在宇宙有限無邊的超球面空間上，這種影響就將不斷地向“前”傳播。

這種脫離物質(zhì)本身質(zhì)量的時(shí)空扭曲由于是大爆炸時(shí)期正反物質(zhì)相互加速、碰撞、湮滅所產(chǎn)生的，而這些物質(zhì)其質(zhì)量本身已經(jīng)湮滅掉了，所以當(dāng)時(shí)所產(chǎn)生的時(shí)空扭曲的總量遠(yuǎn)超現(xiàn)在宇宙中物質(zhì)的質(zhì)量所產(chǎn)生的時(shí)空扭曲的量。這種波動(dòng)“前行”的時(shí)空扭曲依其巨大的總量均勻地（其分布也有可能并不均勻）分布在宇宙中，產(chǎn)生一種均勻各向同性的背景引力波輻射。這種波動(dòng)的背景引力輻射產(chǎn)生的時(shí)空扭曲效果與分布著不參與電磁作用的細(xì)小微粒（即暗物質(zhì)）效果一樣。那么，在有可能就是我們所尋找著的所謂——暗物質(zhì)。

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A

1004-7344（2016）08-0282-01

2016-3-1