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什么是暗物质?
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根据现代天文学,我们所能看到的行星、恒星、星系等普通物质只占宇宙的4.9%,另外还有普通物质5倍的暗物质,我们只能探测到它们的引力作用,而无法通过电磁学手段直接观测到它们。在20世纪70年代,天文学家在观测星系的自转速度时发现,星系的自转速度并没有随着远离星系的中心而逐渐降低,而是几乎保持不变,星系边缘和靠近星系中心的自转速度相差很小。这种现象十分反常,按照引力理论,距离中心越远,受到的引力作用越弱,则旋转速度应该也越小。然而,星系边缘的旋转速度很快,星系的引力根本无法维持这样的运动,它们早应该脱离星系才对。这只能说明星系中还存着一种巨大的引力源,能够使星系的自转产生如此反常的现象,天文学家把产生这种引力的物质称作暗物质。
后来的观测结果进一步暗示了这种神秘物质的存在。根据广义相对论,光线在经过强引力场时将会发生弯曲,我们将会观测到扭曲的图像,这被称作引力透镜效应。天文学家在测量由星系产生的引力透镜效应时发现,星系中普通物质产生的引力所能导致的光线偏折远低于观测结果,这也能暗示星系中存在大量的暗物质。
暗物质是笼罩在现代物理学上空的两朵“乌云”之一(另一朵是暗能量),如果发现暗物质,其意义不亚于发现引力波。遥想20世纪初,从笼罩在经典物理学上空的两朵“乌云”中分别诞生了相对论和量子力学,由此引发了物理学革命,奠定了现代物理学的基础。目前,我国“号”卫星正在探测宇宙中的暗物质粒子,这是目前性能最为强大的暗物质探测卫星。根据“号”最近的观测结果,可能发现了一种新的粒子,或许就是天文学家苦苦寻找的暗物质粒子。有关进一步的结果,让我们拭目以待。
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暗物质是上世纪发现的宇宙特殊现象。根据爱因斯坦相对论,宇宙是一个相对封闭体,其质量密度是可量化的。经公式计算宇宙中物质的平均密度应为每立方厘米5X10^-30克,但事实并非如此,根据观测到的数据,可见宇宙的密度比这个值小100倍。
经过几十年的观测和探索,现在科学家们已经得到了最精确的测量结果,宇宙中正常可见物质仅占4.9%,暗物质占26.8%,暗能量占68.3%。所以说,宇宙的真正主导力量并不是我们看到的无数星系星体,而是暗能量、暗物质,为此弄清这些看不见摸不着的东西,将会揭晓宇宙的许多秘密。现代科学研究证明这些看似在真空中无踪无影的东西,维系着庞大宇宙星系团的结构,如果没有这些强力纽带,整个宇宙会成为一盘散沙,什么地球啊人类啊都是乌有。那么暗物质倒底是个啥玩艺呢,全世界的科学家都想尽快解开这个谜底。中科院的号卫星就是为揭开这个面纱应运而生,日前己宣布取得了重大成果,有可能捕获到了一个昭示暗物质踪迹的1.4万亿伏特的超高能电子谱段,但该成果还须多方验证和分析,离真正揭开暗物质面纱还任重道远。
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暗物质可能是极其先进的外星文明使用的某种技术
神经心理学家加布里埃尔·德拉托雷和曼努埃尔·加西亚在“宇航学报”杂志上发表了这个让人震惊的观点。
先声明一下,目前全世界没有人知道暗物质究竟是什么,
那我们如何知道它的存在呢?我们知道必然存在着暗物质,是因为它有引力效应存在着,这是目前我们唯一知道的事,除此之外,暗物质和我们已知的任何一种物质就再也没有丝毫相似之处了。
图示:这张图片中有六个星系,其中蓝色表示暗物质的存在区域,这是通过引力效应计算出来的结果,我们并不能真的“看到”它们。
另外,并非每个星系中都存在着暗物质。就在3月28号(2018年),一个距离我们6500万光年远的一个星系,并没有观察到暗物质,即我们所看到的物质计算出来的总量,就大致是这么多质量,而天文学家们本来预计它会含有很多暗物质。
图示:编号为NGC1052-DF2的星系中缺乏暗物质,照片是哈勃的深空系列照片。这一结果让天文学家们非常迷惑。
文明的等级
俄罗斯天体物理学家尼古拉·卡尔达肖夫提出过卡尔达肖夫指数/量表。来衡量文明的等级,这个分级主要是指文明能够利用的能量。
I型文明(一种行星级文明)可以大规模的使用其母星上的能量
Ⅱ型文明(恒星文明)可以大规模利用其所在太阳系中恒星的能量
III型文明(星系级文明)可以控制其所在的主星系的能量
而暗物质和暗能量,也许正是III型文明甚至更高等级的文明所表现出来的某种技术,只是因为我们完全考虑错了方向,所以才在解释暗物质时遇到重重困难。
欢迎讨论,这个最新的脑洞,无论如何,这真的是一个让人震惊的猜想呢。
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暗物质从字面上就可理解,是宇宙中一种无法释放出电磁波的物质,因而不能用我们的眼睛以及几乎一切科学仪器直接观察到的物质。请注意,这里用了一个词“几乎”,因为随着引力波的发现,未来或许我们可以通过引力波来探测暗物质。
那么暗物质究竟是什么呢?很遗憾,现在还没有人知道,只知道它存在于各大星系中,维持着我们的星系不至于因为旋转过快而把一颗颗恒星都甩出去。因为暗物质在宇宙中被认为占据了26.8%的份额,是组成我们的正常物质的5倍以上,其引力将星系边缘的恒星拖拽住,不会像砂轮上的火星一样飞溅出去。或者也可以说,暗物质就像星系物质在四维时空中的影子,虽然我们看不见,但它确实存在,和我们自己的影子不同的是,这个影子比它主人的质量还大得多。当然这只是一个比喻,可能有助于你理解星系种的暗物质,实际并非如此。
那么暗物质究竟是由什么组成的呢?候选者主要有大质量弱相互作用粒子,一种存在于我们周围却与正常物质作用及其微弱的粒子,所以从来没有被探测到过;一种是理论物理学家提出的轴子;惰性中微子也是候选者之一;甚至台湾科学家还推导出是一种叫Ψ暗物质的极轻型粒子,这种粒子质量为电子的10^-28倍,密度为液态水的100万倍,波长则达到1000光年,相信没多少人能理解这个X智力的东东。
随着引力波探测器探测到第四对黑洞发出的引力波,科学家们认为宇宙中黑洞合并的现象可能比想象中要多得多,这就意味着宇宙中的黑洞可能也比目前想象的要多得多,因而有人已经开始重新研究,会不会黑洞就是我们宇宙中的暗物质呢?众里寻它千百度,蓦然回首,暗物质却在黑洞深处!会是这样吗?让我们拭目以待。
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暗物质,一个人类追寻多年的宇宙魅影,最近被中国“”发现了疑似踪迹。据中国科学院公布,暗物质粒子探测卫星“”有充分数据证实,在太空中测量到了电子宇宙射线的一处异常波动。这一波动此前从未被观测到,意味着中国科学家取得一项开创性发现,且有可能与暗物质相关。
当前科学界主流观点认为,人类已经发现的物质只占宇宙总物质量不足5%,剩余部分由约25%的暗物质和约70%的暗能量等构成。
经过两年持续观测,“”在1.4万亿电子伏特(TeV)的超高能谱段,“定位”了一束明显异于常态的电子宇宙射线。“”得出数据后,研究人员将初始数据分别交由4个中外团队独立分析计算,最后得出一致结论:在1.4TeV处确实出现了异常现象。
常进介绍,根据现有的探测数据量和理论模型,目前还无法做出断定这一现象是否就是暗物质踪迹。中科院院长X说,即便与暗物质无关,也可能带来对现有科学理论的突破。
那么,究竟什么是暗物质?科学家究竟找到了暗物质吗?如果找到的是暗物质粒子,对人类而言有什么用?万一找到的不是暗物质,意义X?对此,专家们都一一做出解答。
什么是暗物质?
暗物质(Dark Matter)至今在学界仍没有明确的定义,是因为科学家们还没有找到它。但科学家们对引力的大量观测,证明暗物质是确实存在的。
科学家们目前认为暗物质是“冷”和“暗”的,它不和光发生作用,因此X看不见。目前主流观点认为,宇宙中已知的普通物质不到5%,即标准粒子物理模型能解释的物质;95%以上是暗物质和暗能量。
X可见的普通物质构成了恒星,恒星组成星系,而它们都是受暗物质密度波动的影响产生的,普通物质与暗物质的引力共同作用,把彼此聚集在一起,就构成了星系。
目前科学家们对于暗物质有很多不同的假设模型。它的运动速度极快,可以达到子弹出膛速度的数百倍,穿过人体时不会留下任何痕迹,哪怕是一点点感觉。但它有引力,它产生的引力就好像拉着转动小球的一根透明的绳子,为银河系保持稳定起到了重要作用。
找到暗物质了吗?
常进表示,首批成果中最令人兴奋的是发现了100多个“奇异”电子,随着电子数量的进一步积累,才能进一步提高该发现的置信度,为人类打开新的观测宇宙窗口。
中科院院士吴岳良分析,从目前数据分析看,这些“奇异”电子信号可能有两个来源,要么来自暗物质湮灭,要么来自超新星遗迹或是脉冲星。“从目前来看,来自前者的可能性似乎更有说服力。”
一旦国际科学界进一步认可其来自暗物质起源,人类就可以根据“”的探测结果获知暗物质粒子的质量、湮灭率,以及太阳系附近的暗物质团块分布等信息,这些都是以前无法得到的。《自然》中国区科学总监印格致从另一角度阐述科学发现与公众认识之间的“距离”:“每一次发现新的信号,科学界都会为之震动,公众则会反复追问:找到暗物质了吗?科学家却只能回答:可能吧。
找到暗物质有什么用?
暗物质被称为“世纪之谜”。暗物质谜底的揭开,或许会与牛顿力学、爱因斯坦相对论一样,开启人类新的物理时代。“作为宇宙构成部分中超过25%的存在,怎么可能没有用?”吴岳良院士说,否则何来星系和宇宙结构,何来银河系、太阳系甚至我们人类?
中科院院长X说,基础科学从发现到应用往往以百年为计量单位,而其影响必然是颠覆性的。“对科学的追求,是人类社会不断进步的主要动力。”常进说,暗物质的作用我们现在无从得知,但寻找暗物质的工作每天都在影响我和我的团队成员。也许再过100年,我们的后代日常生活都离不开暗物质突破后产生的新的理论。
寻找暗物质存在的证据,对于人类理解宇宙形成、探索宇宙本源至关重要。发现暗物质这样一种全新的物质,它很有可能成为取之不尽的高效能源,甚至帮助人类通过跃迁实现星际旅行,这些在将来或许都不再是梦想。
不是暗物质也很重要?
对于常进而言,他目前最关心的是,接下来“”所捕捉到的这些“奇异”电子信号是否还会持续增加;一年后,能否达到科学发现所要求的精度。
“无论是不是暗物质,都将是一个重要的新现象。”常进表示。
长期以来,科学界普遍认为在1.4TeV以上的高能段是一片“沙漠”,但“”正在进行的工作有望证明,这里其实“风光旖旎”。“物理学界现有的理论模型远不能解释关于宇宙的所有疑问,期待‘’能够破旧立新。”暗物质卫星科学应用系统副总师范一中说。
X则认为,如果研究最终确定发现了新粒子,是暗物质,这无疑非常重要。但如果不是暗物质,也意义重大。“耗资100亿美元建造的欧洲核子对撞机撞出一个上帝粒子,验证了理论学家的预测,使其得到了诺贝尔奖。而我们如果用不到1亿美元就找到新粒子,意义更加非凡。”
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