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20世纪30年代,瑞士天文学家弗里茨·兹威基(Fritz Zwicky)发现,在一个遥远的星系团中,星系相互环绕的速度远远超过了它们质量能提供的速度。他提出,一种看不见的物质,也就是他所说的暗物质,可能会对这些星系产生引力。
从那时起,研究人员已经证实,这种神秘的物质可以在整个宇宙中找到,它的数量是构成恒星和人类等普通物质的六倍。然而,尽管在整个宇宙中导出都有暗物质,科学家们仍然对其摸不着头脑。
1.什么是暗物质?
首先,也许也是最令人困惑的是,研究人员仍然不确定暗物质到底是什么。最初,一些科学家推测,宇宙中那些失踪的质量是由小恒星或黑洞产生的,但是通过详细观察并没有发现足够多的这些物体可以产生暗物质的影响力。目前关于暗物质的主要观点是一种粒子,叫做弱相互作用大质量粒子,或称WIMP,它的行为有点像中子但是比质子重10到100倍。然而,这个猜想只会引出更多的问题。。。。。。。比如
2.我们能探测到暗物质吗?
如果暗物质是由弱相互作用大质量粒子构成的,那么它们应该就在我们周围。为什么我们还没有发现呢?虽然它们不会与普通物质发生太多的相互作用,但在暗物质粒子在太空中穿行时,它们总是有可能撞击到质子或电子等普通粒子。因此,研究人员进行了一次又一次的实验,来研究地下深处的普通粒子,这些粒子在那里受到屏蔽,不受可能模拟暗物质粒子碰撞的干扰辐射。然而,经过几十年的寻找,这些探测器没有一个有可信的发现。2018年,中国的PandaX实验报告了最新的WIMP探测结果,仍然没有发现。科学家表示,暗物质粒子似乎比弱相互作用大质量粒子要小得多,或者缺乏研究它们的特性。
3.暗物质是否由一个以上的粒子组成?
普通物质是由质子和电子等粒子,以及中微子、介子等大量奇异粒子组成的。因此,一些研究人员想知道,构成宇宙中85%物质的暗物质是否也同样复杂。哈佛大学的物理学家Andrey Katz表示“没有很好的理由去假设宇宙中所有的暗物质都是由一种粒子构成的”。暗质子可以与暗电子结合形成暗原子,产生与可见世界中一样多样和有趣的结构。虽然这样的提议在物理实验室里越来越多地被想象出来,但迄今为止,科学家们一直没能找到确认或否认它们的方法。
恒星实际速度比理论速度大很多
4暗物质力存在吗?
除了暗物质粒子之外,还有一种可能性,那就是暗物质受到的力与普通物质所感受到的力类似。一些研究人员已经在寻找“暗光子”,它类似于在产生电磁力的正常粒子之间交换的光子,只不过它们只有暗物质粒子才能感觉到。意大利的物理学家们将一束电子及其反粒子,即所谓的正电子,粉碎成钻石。如果暗光子确实存在,电子-正电子对可能湮灭并产生一种携带力的奇异粒子,这可能开辟宇宙的一个全新领域。
宇宙全部质量和能量
5.暗物质可以由轴子构成吗?
随着物理学家越来越不喜欢wimp,其他暗物质粒子也开始受到青睐。最主要的替代物之一是一种假想的粒子,被称为轴子,它非常轻,可能只有10的31次方,质量比质子还小。在一些实验中正在寻找轴子。最近的计算机模拟已经提出了这样一种可能性,即这些轴子可能会形成类似恒星的物体,这些物体可能会产生可检测到的辐射。
6.暗物质的特性是什么?
天文学家通过暗物质与普通物质的引力相互作用发现了暗物质,这表明这是暗物质在宇宙中存在的主要方式。但是,当试图了解暗物质的真正本质时,研究人员却没有任何有价值的发现。根据一些理论,暗物质粒子应该是它们自己的反粒子,这意味着两个暗物质粒子相遇时会彼此湮灭。自2011年以来,国际空间站上的阿尔法磁谱仪(AMS)实验一直在寻找这种湮灭的迹象,并且已经探测到成千上万的事件发生。科学家们仍然不确定这些物质是否来自暗物质,而且这些信号也没有帮助他们确定暗物质到底是什么。
7.每个星系都存在暗物质吗?
因为暗物质比普通物质重得多,所以人们常说它是组织星系和星系团等大型结构的控制力量。所以,今年早些时候,天文学家宣布他们发现了一个名为NGC 1052-DF2的星系,它几乎不包含任何暗物质。
8.DAMA/LIBRA?
欧洲一项名为DAMA/LIBRA的实验得出了一个令人费解的结果,这是粒子物理学中一个长期存在的谜团。这个探测器位于意大利格兰萨索山下的一个地下矿井中,它一直在寻找暗物质粒子的周期性振荡。当地球在围绕太阳的轨道上运行时,这种振荡应该会产生,同时飞越环绕我们太阳系的暗物质银河流,有时被称为暗物质风。自1997年以来,DAMA/LIBRA已经声称准确地看到了这个信号,尽管还没有其他的实验看到过类似的情况。
9.暗物质会带有电荷吗?
从一开始,一些物理学家就认为暗物质可能带有电荷。宇宙诞生之初,也就是大爆炸后的1.8亿年,恒星就发出了波长为21厘米的辐射。然后它被同时存在的冷氢吸收。当18年2月科学家探测到这种辐射时,发现氢比预测的要冷得多。哈佛大学的天体物理学家朱利安·穆尼奥斯(Julian Munoz)认为,带有电荷的暗物质可能会把热量从无处不在的氢气中带走,这种氢气有点像漂浮在柠檬汁中的冰块。但这一推测还有待证实。
10普通粒子能衰变为暗物质吗?
中子是具有有限寿命的规则物质粒子。大约14.5分钟后,脱离原子的单个中子将衰变为质子、电子和中微子。但根据《物理评论快报》(Physical Review Letters)杂志刊登的一项研究表明,两种不同的实验设置给出的衰变寿命略有不同,相差约9秒。物理学家提出,如果有1%的时间,一些中子衰变为暗物质粒子,就可以解释这种异常现象。新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室的克里斯托弗·莫里斯(Christopher Morris)和他的团队监测中子,寻找可能是暗物质的信号,但却什么也探测不到。
11.暗物质真的存在吗?
考虑到科学家们在试图探测和解释暗物质时所面临的困难,更多的人可能会怀疑他们是否完全错了。多年来,少数物理学家一直在宣扬这样一种观点:或许我们的引力理论根本就是错误的,根本的力在大尺度上的作用与我们预期的不同。这些理论通常被称为“修正牛顿动力学”或MOND模型,它们认为暗物质不存在,恒星和星系相互旋转的超快速度是引力以令人惊讶的方式运行的结果。“暗物质仍然是一个未经证实的模型。然而,这一观点还没有说服更大范围的人相信。
原文地址:今日头条 |
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