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今天,我们来聊聊关于暗物质的11个最大的未解决问题,由于篇幅可能有点长,我们分三期来介绍。
暗物质的由来
(图片来源:Shutterstock)
在1930年,一位名叫Fritz Zwicky的瑞士天文学家注意到,一个遥远星团中的星系彼此绕行的速度比单独的星系速度要快得多。于是他提出了一种看不见的物质,称之为暗物质,他认为可能是暗物质在引力上拖曳了这些星系。
之后,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,而且其物质含量是构成恒星和人等普通事物的正常物质的六倍。尽管在整个宇宙中都能看到暗物质,但科学家们大多仍在挠头。因为有关暗物质还有11个最大的未解决问题。
1、什么是暗物质?
(图片来源:Shutterstock)
首先,最让人头疼的是,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丢失的质量是由小的恒星和黑洞分担的,即暗物质可能会存在于其周边,但详细的观察却并没有发现足够多的此类物体来说明暗物质的影响。
而目前,暗物质学说认为暗物质主要是由一种假设的粒子,称为弱相互作用质量粒子(WIMP)构成,其行为类似于中子,除了重于质子10至100倍。
2、我们可以检测到暗物质吗?
(图片来源:新华社)
如果是 WIMP 组成了暗物质,那么它们应该就在我们周围,那为什么我们还没有找到呢?
对于这个问题,首先,我们知道的是:它们不会与普通物质发生很大的相互作用,但暗物质粒子在穿过太空时总是有轻微的机会撞击质子或电子等正常粒子。
因此,研究人员进行了一个又一个的实验,还研究了地下深处的大量普通粒子,因为这些粒子被屏蔽了,可以模仿暗物质和粒子碰撞的干扰辐射实验。
但是,经过数十年的搜寻,这些实验中没有一个取得有用的发现。不过,也不是毫无进展,因为早些时候,中国的一个实验报告了一种最新的以前未检测到的粒子,并推断暗物质粒子应该比WIMP小得多。
3、暗物质是否由多粒子组成?
(图片来源:Maria Starovoytova / Shutterstock)
普通物质由质子和电子之类的日常粒子,以及诸如中微子,介子和介子类似的奇异粒子组成的整个系统组成。
因此,一些研究人员想知道,占宇宙总物质85%的暗物质是否也可能同样复杂。
对此,哈佛大学的物理学家安德烈·卡兹(Andrey Katz)表示:
“没有充分的理由认为宇宙中的所有暗物质都是由一种类型的粒子构成的。”
卡兹说,暗质子应该可以与暗电子结合形成暗原子,产生与在可见世界中发现的一样多样且有趣的构型。尽管越来越多的物理实验室同意这种看法,但是迄今为止,科学家们一直没有想出一种方法来确认或否定它。
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