20世紀30年代,瑞士天文學家弗裏茨·茲威基(Fritz Zwicky)注意到,在一個遙遠的星系團中,星系相互環繞的速度遠遠超過了它們可觀測質量應該有的水平。 於是他提出,一種看不見的物質,也就是他所說的暗物質,可能會對這些星系有引力的作用。 後來研究人員逐漸證實,這種神秘的物質廣泛存在於整個宇宙中,它的數量是構成恒星和人類的普通物質的六倍。 然而,盡管在整個宇宙中都發現了暗物質,還是有很多問題始終困擾著科學家們。 以下是關於暗物質的十大未解之謎。 1.什麼是暗物質? 第一個,也許也是最令人困惑的是,研究人員仍然不確定暗物質到底是什麼。 最初,一些科學家推測,宇宙中的神秘質量來自暗淡且難以觀測的小恒星和黑洞,正如美國能源部費米實驗室的科學家唐· 林肯曾經在《科學生活》上所說的那樣,雖然具體的觀測並沒有發現足以產生這些引力的物質。 目前認為暗物質主要的可能成分是一種假設中的粒子,叫做弱相互作用大質量粒子,或簡稱WIMP,它的行為特點有點像中子,並且質量可能是質子的10到100倍,林肯寫道。 然而,這種假設卻引出了更多的問題。 —比如 2.我們能探測到暗物質嗎? 如果暗物質是由弱相互作用大質量粒子構成的,那麼它們應該就純在於我們周圍,但卻看不見,也幾乎探測不到。 為什麼我們還沒有發現呢?雖然它們不會與普通物質發生太多的相互作用,但當暗物質粒子在太空中運動時,它們有小概率會撞擊到質子或電子等普通粒子。 因此,研究人員進行了一次又一次的實驗,在地下深處對大量的普通粒子進行研究,這些粒子在那裏受到保護,避免某些可能產生類似暗物質粒子碰撞的乾擾輻射的影響。 問題是,經過幾十年的尋找,沒有一個探測設備得到可靠的結果。 中國的PandaX實驗宣告最新的WIMP探測失敗。 當時,加州大學河濱分校的物理學家於海波(音譯)在接受《天文在線》雜志采訪時表示,暗物質粒子似乎比弱相互作用大質量粒子要小得多,也可能缺乏一些可以用於研究它們的性質。 3.暗物質的成分是否可能不止一種粒子? 普通物質是由質子和電子等日常粒子,以及中微子、介子和介子等大量特別的粒子組成的。 因此,一些研究人員產生了這樣的猜想:構成宇宙中85%物質的暗物質是否也同樣複雜。 “沒有充分的理由去假設宇宙中所有的暗物質都是由一種粒子構成的,”哈佛大學的物理學家Andrey Katz對Live Science的姐妹網站天文在線說。 卡茨認為,暗質子可以與暗電子結合形成暗原子,產生與可觀測世界中一樣多樣和有趣的結構。 雖然這樣的猜想被越來越多的物理實驗室提出,但迄今為止,科學家們還是無法證實或否認它們。 【奇怪的誇克和介子,天哪!自然界中最微小的粒子被解剖】 4.暗引力真的存在嗎? 除了多種類暗物質粒子之外,還有另外一個假設,那就是暗物質受到的力與普通物質所受到的力類似。 一些研究人員已經在尋找“暗光子”,它類似於在能產生電磁力的普通粒子之間交換的光子,只不過它們只與暗物質粒子相互作用。 正如《天文在線》雜志先前報道的那樣,意大利的物理學家們正准備將一束電子及其反粒子,即所謂的正電子,進行加速撞擊。 如果暗光子確實存在,電子-正電子對就可能湮滅並產生一種具有力的作用的新粒子,這可能開辟宇宙的一個全新領域。 5.暗物質可能由軸粒子組成嗎? 隨著物理學家對WIMP逐漸失去興趣,其他暗物質粒子開始受到青睞。 最主要的替代物之一是一種假想的粒子,被稱為軸子,它質量非常小,可能只有10的負31次方,質量比質子還小。 人們正試圖通過一些實驗尋找軸子。 計算機模擬已經提出了這樣一種可能性,即這些軸子可能會形成類似恒星的物體,這些物體可能會產生可檢測到的輻射,這種輻射與《天文在線》(Live Science)之前報道過的被稱為快速無線電爆發的神秘現象非常相似。 6.暗物質可能有哪些特性? 天文學家通過暗物質與普通物質的引力相互作用發現了暗物質,這表明這是暗物質在宇宙中主要的活動方式。 但是,當試圖了解暗物質的實質時,研究人員卻無從下手。 根據一些理論,暗物質粒子應該是它們自己的反粒子,這意味著兩個暗物質粒子相遇時會彼此湮滅。 自2011年以來,國際空間站上的阿爾法磁譜儀(AMS)實驗一直在尋找這種湮滅的跡象,並且已經成功探測到成千上萬的此類事件。 科學家們仍然不確定這些物質是否來自暗物質,而且這些信號還沒能幫助他們確定暗物質到底是什麼。 7.是否每一個星系都存在暗物質? 因為暗物質比普通物質多得多,所以人們常說它是組織星系和星系團等大型結構的控制力量。 所以,天文學家宣布他們發現了一個名為NGC 1052-DF2的星系,它幾乎不包含任何暗物質,這一點很奇怪。 “暗物質顯然不是形成星系的必要條件,”耶魯大學的Pieter van Dokkum當時告訴天文在線網站。 然而,另一個團隊發布了一份分析報告,表明範多克姆的團隊錯誤地測量了銀河系的距離,這意味著它的可見物質比最初的發現要暗得多,也要輕得多,而且它的質量中有更多是暗物質,超出了之前的估計。 8.DAMA/LIBRA的實驗結果如何解釋? 歐洲一項名為DAMA/LIBRA的實驗得出了一些令人費解的結果,這是一個長期存在於粒子物理學中的謎團。 這個探測器位於意大利格蘭薩索山下的一個地下礦井中,它一直致力於尋找暗物質粒子的周期性振蕩。 當地球在圍繞太陽的軌道上運行時,理論上當地球圍繞太陽運行,同時飛越環繞我們太陽系的暗物質銀河流——有時也被稱為暗物質風的時候,就應該產生這種振蕩。 自1997年以來,DAMA/LIBRA已經聲稱觀測到了這種信號,但是還沒有其他的實驗觀測到類似的情況。 9.暗物質可能帶電荷嗎? 某些跡象使一些物理學家認為暗物質可能帶有電荷。 宇宙誕生之初,也就是大爆炸後的約1.8億年,恒星發出了波長為21厘米的輻射。 然後它被同時存在的冷氫吸收。 當探測到這種輻射時,有跡象表明氫比科學家們預測的要冷得多。 哈佛大學的天體物理學家朱利安·穆尼奧斯(Julian Munoz)在接受《天文在線》采訪時曾假設,帶有電荷的暗物質可能會把熱量從無處不在的氫氣中帶走,這種氫氣有點像漂浮在檸檬汁中的冰塊。 但這一推測還有待證實。 中子是具有有限壽命的普通物質粒子。 大約14.5分鐘後,脫離原子的單個中子將衰變為質子、電子和中微子。 但根據《物理評論快報》(Physical Review Letters)雜志刊登的一項研究,兩種不同的實驗設置給出的衰變壽命略有不同,相差約9秒。 物理學家提出,如果一些中子可能有百分之一的機會衰變為暗物質粒子,就可以解釋這種異常現象。 新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國家實驗室的克裏斯托弗·莫裏斯(Christopher Morris)和他的團隊曾嘗試監測中子,尋找可能來自暗物質的信號,但卻什麼也探測不到。 根據這項研究的成果,他們認為也可能存在其他的衰變情況。 10.普通粒子能衰變為暗物質嗎? 考慮到科學家們在試圖探測和解釋暗物質時所面臨的諸多困難,一個理性的人可能會質疑他們是否完全錯了。 多年來,少數直言不諱的物理學家一直在宣揚這樣一種觀點:或許我們的引力理論根本就是錯誤的,根本的力在大尺度上的作用與我們預期的不同。 這些理論通常被稱為“修正牛頓動力學”或MOND模型,它們認為暗物質不存在,而恒星和星系的超快速相互旋轉則是引力的具體表現。 “暗物質仍然是一個未經證實的理論”物理學家唐·林肯在《天文在線》的解釋中寫道。 然而,批評者們還沒有說服更多的人相信他們的觀點。 但最新的研究證據卻進一步佐證了暗物質的真實存在。 參考資料 1.WJ百科全書 2.天文學名詞 3. Adam Mann-瓶子 如有相關內容侵權,請於三十日以內聯系作者刪除 轉載還請取得授權,並注意保持完整性和注明出處 《強勢圍觀!關於暗物質的十大未解之謎,你知道幾個?》完,請繼續朗讀精采文章。 喜歡 科學報 cn-n.net,請記得按讚、收藏及分享。
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強勢圍觀!關於暗物質的十大未解之謎,你知道幾個?
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