暗物质是引力波背景辐射？——一种基于大爆炸理论对暗物质本质的猜想

马世航

暗物质是引力波背景辐射？
——一种基于大爆炸理论对暗物质本质的猜想

马世航

暗物质是一种假想的不参与电磁作用，只参与引力作用的物质。本文就引力波首次被天文观测所测得这一契机，对暗物质的本质做了一种大胆猜想，认为暗物质就是大爆炸时期大量正反粒子互相泯灭所引起的引力波背景辐射。

引力波；时空扭曲；大爆炸；暗物质；背景辐射

由广义相对论原理可知：

万有引力是质量的存在导致时空扭曲的结果。有质量存在，就存在时空的扭曲。质量的大小决定了时空扭曲程度的大小。这种时空的扭曲使得物体宏观上表现出受某种力的作用，即万有引力。

电荷的变加速运动产生的传播。具体而言，就是电荷产生的影响（即电场）的传递需要时间，若电场场源——电荷作变加速运动，这种影响（即电场）就以波动的形式向外辐射，即电磁波。同样的，与此类比，有质量的物体（暂设其质量为正）作变加速运动，将产生引力波。具体而言，就是有质量的物体产生的时空扭曲（我们也可以将这种时空扭曲理解为引力场，时空扭曲的程度就是引力场的场强。当然，我们只能这么去理解，所谓的场，如电磁场，是存在于时空中的，如光在太阳附近发生的弯折，实际上就是电磁场产生的的影响在扭曲的时空中“直线传播”。）产生的影响（时空的扭曲）的传递需要时间，若质点（引力源）作变加速运动，这种影响（时空的扭曲）就以波动的形式向外辐射（按照普遍的说法，叫时空涟漪），即引力波。这种波动的时空弯曲，同样具有产生所谓万有引力的能力。以光为例，当光子通过这种波动的扭曲时空时，就会在这种扭曲的时空里“直线传播”。如果通过的是有质量的物体，那么这物体就会“平白无故”地向着时空波动扭曲的方向加速。即使那个地方根本没有引力源，但依然会受到“万有引力”的作用。

假设有一个质点，（与检验电荷类比），受到它附近通过的一段引力波脉冲的影响，那么可以想象，在这个引力波脉冲通过的过程中，宏观上这个检验质点会受到朝向这个引力波脉冲的“万有引力”。若空间中存在大量均匀分布且各向同性的以引力波脉冲的形式存在的引力波背景辐射，则总体而言，空间就会产生一种向“内”的吸引作用。

在这意味着，由于引力波的存在，时空的扭曲不一定要存在实实在在的质量，也就是说，存在脱离物质质量的引力。

根据大爆炸理论，宇宙早期，曾存在大量正反粒子以惊人的速度相互碰撞，与其反物质结合，湮灭，质量化为能量，迅速散失在宇宙中。这些正反粒子的质量瞬间消失，但在相互加速碰撞中对时空扰动所产生的引力波并不会消失，而是将这些由正反粒子的质量产生的时空扭曲向周围不断地辐射。那么在宇宙有限无边的超球面空间上，这种影响就将不断地向“前”传播。

这种脱离物质本身质量的时空扭曲由于是大爆炸时期正反物质相互加速、碰撞、湮灭所产生的，而这些物质其质量本身已经湮灭掉了，所以当时所产生的时空扭曲的总量远超现在宇宙中物质的质量所产生的时空扭曲的量。这种波动“前行”的时空扭曲依其巨大的总量均匀地（其分布也有可能并不均匀）分布在宇宙中，产生一种均匀各向同性的背景引力波辐射。这种波动的背景引力辐射产生的时空扭曲效果与分布着不参与电磁作用的细小微粒（即暗物质）效果一样。那么，在有可能就是我们所寻找着的所谓——暗物质。

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A

1004-7344（2016）08-0282-01

2016-3-1