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宇宙是什么?
宇宙,暗物质,物质宇宙是什么?
发布时间:2019-02-08加入收藏来源:互联网点击:
此刻,你可能已经感到灰心丧气——“他们先是信誓旦旦的说一定存在着一种看不到的物质,然后现在他们又说这种物质一定是由某种新的粒子组成的,但这种粒子又是没办法探测到的!真是愚蠢!”的确,你并不是第一个这样想的人。
暗物质(红色),光(黄色)以及星系(蓝色),可以看到光线在引力作用下行进路径发生的扭曲
星系内部充满着暗物质
4.暗物质根本不存在?
早在1983年,就有一批物理学家提出,或许所谓的暗物质根本就不存在。相反,他们认为是我们据为经典的引力理论出错了,这就是为什么我们会认为星系行为怪异的原因——星系根本没有什么异常,是我们的测量和计算标准出问题了。这种观点被称为“MOND”,也就是“修正的牛顿力学”。
梅塞表示:“我们正在对这些情况进行分析,看看它们如何受到引力作用的影响。当然,假定我们的确理解引力的作用方式的话。或许我们队引力的理解本身就是错误的,那样的话我们对于宇宙的解读当然也就跟着出错了。”
梅塞指出,MOND理论存在一个严重问题就在于,该理论的支持者们不同意主流观点,但是他们自己又无法提出相应的替代方案。梅塞表示:“任何想要提出全新引力理论的人,他的新理论必须能够解释爱因斯坦的相对论能够解释的一切现象,在此基础之上还要能够解释暗物质。”
在2006年,美国宇航局发布了一张经典图像,在很多人看来这张图像的公布彻底宣判了MOND理论的死刑。这张图像拍摄的是两个巨大星系群之间的相撞场面。表面上看,大多数的物质都很明显地集中在靠近中心的位置上,因此我们应该可以预期那里是质量最集中的区域。
但在中心区域外侧同样观察到光线在引力作用下发生的弯折效应,显示该区域存在其他形式的物质。这张图像被欢呼为证明暗物质存在的一个直接证据。如果这是正确的,那么我们便回到了问题开始的地方。现在我们面临的挑战便是:找到暗物质,尽管我们根本不知道那究竟是什么。
5.大型强子对撞机内部景象
探测暗物质“发光”现象
这听起来甚至比以前说的“在稻草堆里找绣花针”的说法更加令人沮丧,但事实上科学家们仍然有至少三种方法可以帮助他们最终找到答案。
第一种方法是在宇宙中搜寻暗物质产生的效应。利用宇宙暗物质分布地图给出的线索并开展监测,未来或许可以观察到极其偶发的暗物质粒子碰撞事件。
在一般情况下,暗物质粒子与正常物质遭遇时会直接穿过对方而不受任何影响。但它们巨大的数量意味着或许在非常偶然的情况下它们会与其他原子的原子核之间发生碰撞。
当这种情况发生时,暗物质粒子会向原子核施加一个微小的推力,使其像泳池中的小球那样发生轻微运动。这一过程应当会产生伽马射线,这是一种能级极高的光。一旦这种极罕见的事例发生——正如弗兰克所言,就像是“暗物质发光了”。
对此,格林博士表示:“目前已经存在一些专门的探测计划,致力于直接检测这类撞击事件。”
在2014年,利用美国宇航局功能强大的费米空间望远镜,研究人员宣称他们检测到了来自这种撞击事件的伽马射线闪光。他们发现我们银河系内的一个区域似乎存在伽马射线闪光,器来源或许正是暗物质。
相关数据基本与模型相吻合,但我们目前仍然需要确认这些伽马射线是否的确源自暗物质。因为同样的伽马射线也有可能由脉冲星或是在恒星衰亡爆发事件中产生。
暗物质粒子除了可能与正常物质之间发生的撞击之外,暗物质粒子之间或许也会发生相互碰撞的事件,并且同样有办法可以对这种效应进行观察和检验。
梅塞的小组近期正在对一些相撞的星系进行观察。他们预期存在于这些星系内部的所有暗物质都应当会毫无阻碍地相互穿过对方。但出乎意料的是他们注意到其中一些暗物质的运动速度似乎降低了,落在了它们所在星系运动轨迹的后方。
这一现象似乎表明这些暗物质与其他暗物质之间发生了相互作用。梅塞表示:“如果情况的确如此,那么这将是我们获得的首个证据,证明暗物质虽然与外界几乎不发生相互作用,但也并非完全绝缘。”
这是另一个旨在探测暗物质的探测器装置:DRIFT
天炉星系团,如果没有暗物质的存在,它将分崩离析
6.用对撞机制造暗物质!
不过,所有这些方法都存在一个缺点:你不能抓取一些真正的暗物质样品,然后放在显微镜下仔细观察——毕竟它们的距离太过遥远,也太过巨大了。
于是就有了第二种方法:自己制造一些暗物质出来研究!
尽管听上去非常疯狂,但物理学家们真的正在认真考虑利用位于瑞士日内瓦附近的大型强子对撞机(LHC)设备来制造暗物质粒子。
大型强子对撞机在日常运行过程中会将质子加速到接近光速并使它们相撞。这样的过程将产生强大的能量,甚至可以击碎质子,使其分裂成更加细微的组成成分,此时科学家们便可以对这些亚原子粒子的性质进行各项研究工作。
英国伦多国王学院的物理学家马尔科姆·法尔布莱恩(Malcolm Fairbairn)指出,在这样的“终极碰撞”过程中,LHC设备或许可以发现一些新的粒子,比如大质量弱相互作用粒子”(WIMPs)。
他说:“如果WIMP粒子的确是组成暗物质的基本粒子,并且我们利用大型强子对撞机发现了这种粒子,那么我们将很有可能最终揭开宇宙中暗物质本质的谜团。”
然而,如果暗物质并非如理论中预言的WIMP粒子那样,那么或许大型强子对撞机就不能检测到它。
还有另外一种困难。那就是,如果LHC设备真的制造出了一些暗物质,实际上LHC内部的探测器也不一定能够检测到这一结果。实际看到的情况可能会是这样:探测器发现有一束粒子射入,但在另一侧却发现没有粒子出来。发生这种情况就只有一种可能性,那就是出来的粒子是一种探测器无法检测到的粒子形式,那么这就很有可能是暗物质粒子。
7.去地下深处寻找暗物质!
而如果这两种方法都失败了,物理学家们还有
第三种手段:去地球深处寻找答案。
在一些古老的废气矿井和山区的地下深处,科学家们正在对WIMP粒子与正常物质粒子之间可能发生的碰撞事件开展严密监测——他们所搜寻的也正是此前美国费米望远镜在太空中所记录到那类伽马射线闪光事件。
理论上,每一秒钟都有数以十亿计的暗物质粒子穿过我们的身体。弗兰克博士表示:“暗物质粒子存在于你的办公室里,你的房间里,任何地方。每一秒钟都有数十亿个暗物质粒子穿过你的身体,但你毫无察觉。”
理论上来说,我们应当可以监测到这些撞击事件中产生的伽马射线闪光。但问题就在于,存在着其他的干扰因素,比如说宇宙射线,后者会干扰对暗物质粒子产生信号的识别。
正是由于考虑到上面提及的因素,科学家们将实验搬到了地下深处,目的就是想要借助厚厚的岩层来阻挡绝大部分的宇宙射线,但暗物质粒子则不会受到影响。
到目前为止,科学家们基本都同意,那就是我们还尚未通过这类地下探测实验检测到任何可能与暗物质粒子有关的闪光事件。2015年8月份有一篇最新发表的文章,其中提到在意大利格兰萨索国家实验室进行的XENON100地下探测实验同样没有取得任何有价值的结果。
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