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地球上如有“暗物质”意味着什么

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发表于 2010-3-24 22:16:08 | 显示全部楼层 |阅读模式

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作者:森堡   发表时间:2010-03-24   摘自:新华网 来源:青年参考

  作为现代理论物理前沿领域热点的“暗物质”,一直被认为远离地球,飘散在太阳系以外的某个无名角落里。但据美国“太空”网站近日报道,美国科学家发布的一项最新研究结果表明,神秘的暗物质可能就隐藏在地球上。这一有待证实的新发现让科学界为之一振。

  暗物质是什么?连科学家们也不敢说自己很了解。不过我们知道,暗物质一旦被证实,将为物理界以及整个人类的认识掀开崭新的一页。

  经过坚持不懈的观测工作,去年12月,美国科学家安装在明尼苏达州地下700米的暗物质探测器有了反应,该反应被认为极可能是“暗物质”引起的。相关论文近日发表在美国权威期刊《科学快报》上。

  虽然自从被提出以来就神龙见首不见尾,但暗物质隐藏了许多现代物理学的秘密——宇宙的起源和组成、基本粒子的性质、时间的流逝等,涉及相对论、量子力学等物理学中最高深的理论,其重要性可想而知。因此这则消息一经发布,便引发了专业媒体甚至大众媒体井喷式的报道,美国《大众科学》杂志、《科学美国人》杂志、英国《新科学家》杂志、英国《卫报》和《每日邮报》等,都在显著位置进行了报道。

  宇宙中仅5%是可见物质

  在科幻作品中,经常可以看到暗物质这个词。尽管如此,暗物质却绝非出自某位科学幻想大师之手,而是有着确凿的根据。它是1934年瑞士天文学家弗里兹·兹威基在研究星系团中星系的轨道速度时,为了解决“缺失的物质”问题而提出的概念。

  当时兹威基经过计算认为,星系的平均质量实际上比根据其亮度计算出的质量大160倍,这就意味着绝大多数物质是不可见的。

  起初,兹威基的结论没引起重视,直到约40年后,人们在研究星系中恒星的运动时遇到类似的困难,暗物质的说法才逐渐获得认可。目前,天文学领域很多证据都支持暗物质存在的说法,包括引力透镜(光线在经过星体边缘时受引力场作用发生偏折的现象)研究和宇宙膨胀率。

  说到暗物质,这里不得不提到它的“近亲”——暗能量。两者很容易混淆,一些非专业媒体在报道时,也很容易犯这样的错误。暗能量是人们在建立宇宙的膨胀模型中提出的假想,指一种充溢空间的、具有负压强的能量,它很好地解释了已被哈勃望远镜证实的宇宙加速膨胀的现状。

  与暗物质相比,暗能量在分布范围上广得多,占据着宇宙结构的绝大部分。根据美国国家航空航天局(NASA)公布的数据,暗能量约占宇宙结构的70%,暗物质约占25%,剩下的约5%是可见物质。

  所谓信号只是“狼来了”?

  这次发现是美国明尼苏达大学物理学与天文学院助理研究员安吉拉·莱瑟特与她所在的团队的收获,他们的实验数据源于一个深埋在地下的暗物质探测器——CDMS探测器。该探测器被埋在明尼苏达深达700米的地下,以周围的岩石、塑料、铅、铜等物质来阻止暗物质之外的正常微粒到达探测器,这样可能与暗物质相混淆的宇宙射线和其他粒子就被排除在外了。探测器本身不大,跟冰球相仿,主要由锗元素和硅元素构成。

  探测器的构造是基于这样的原理:暗物质主要由“弱相互作用粒子”(WIMP)组成,这种粒子能和锗原子或硅原子发生核反应,产生的特定信号能被探测器捕捉到。一旦观测到信号,就可以确定有WIMP穿过探测器,即“暗物质来了”。研究人员已确认有两个信号可能与暗物质有关。对科学家们来说,此次实验尽管不能完全确定暗物质的存在,却在提高探测精度方面取得了可喜的进步。

  需要指出的是,这并不是第一次有研究声称可能发现暗物质了。2007年,位于意大利首都罗马附近的巨石峰国家实验室曾发布消息,称探测到了WIMP,一时间引起轰动。但后来有多位学者对巨石峰国家实验室使用的DAMA探测器提出质疑,最终这一发现没有获得科学界认同。

  从科学研究的严格性上讲,莱瑟特等人的这次发现也可能是“狼来了”。美国《大众科学》杂志分析说,即便是发现了信号,也绝不能马上断定暗物质存在。这主要是由于WIMP不是一种被了解得很清楚的粒子,而是一类粒子的总称,至今科学界对WIMP家族有多少种粒子、其物理性质都不甚清楚。另外,用WIMP作为暗物质存在的依据也不一定可靠,因为暗物质与硅或锗原子间的相互作用涉及一系列粒子和力,而WIMP只是其中一种。

  科学家全力追循暗物质足迹

  作为“光明”的反义词,“黑暗”一向不会给人带来愉快的联想,但恐怕“黑暗双塔”——暗物质和暗能量要颠覆这一思维定势了。莱瑟特等人的研究暗示,暗物质可能就在地球上,这意味着我们每天都在和这种神秘的物质打交道。而暗能量更是有过之而无不及,根据推算,暗能量弥漫在宇宙的每一个角落,看不见,摸不着,目前无法被探测到。

  暗物质和暗能量这两种假想概念,支撑着人们在21世纪建立起来的众多理论——粒子模型、宇宙膨胀、宇宙辐射等。“了解暗物质和暗能量,是21世纪科学史的大挑战。”2008年10月12日,诺贝尔物理学奖获得者李政道教授在人民大会堂举行的“隆重纪念望远镜发明400周年——科学大师演讲会”上这样说。这两种假想被证实或是被否定,都将对物理学的未来产生深远影响。

  到目前为止,“黑暗双塔”只统治着物质尺度的两极——动辄数亿光年的星系尺度以及小至百万分之一纳米(1纳米为十亿分之一米)的亚原子尺度。但这只是暂时的,我们在日常生活中不考虑这两种物质的存在,不仅是因为它们只在两极尺度产生显著的影响,还因为我们不了解它们。

  科学家正全力以赴地追循暗物质的足迹。莱瑟特所在的研究小组打算将探测器升级到更灵敏的水平,以期发现更为实质性的暗物质信号。另一个可能在地球上找到暗物质的办法,是依靠高能粒子加速器,它可以将比原子还小的亚原子微粒加速到光速,再进行相互碰撞,这种极大的碰撞能量会产生异常粒子,其中包括暗物质。目前一些科学家将希望寄托在位于瑞士日内瓦的大型强子对撞机(LHC)身上。作为有史以来最大的加速器,LHC有足够的能量去产生暗物质粒子。
发表于 2010-3-24 22:29:11 | 显示全部楼层
这基本上还是在猜想阶段。
 楼主| 发表于 2010-3-24 22:52:25 | 显示全部楼层
过去曾经看过一个讨论等离子体的文章,称宇宙中96%的物质以等离子体态存在,因此我们说气、液、固三态是远远不够的,应该是气、液、固、等离子四态。后来有人争辩说,等离子态可以看作带电的气体,因此可以并入气态。现在暗物质在物理那边炒的很热,我等不明真相的围观群众虽然伸长脖子只能看个热闹,但那么多物理学家信誓旦旦说这个是真的,也不由你不信。不过这个结论确实够颠覆的,绝大多数物质竟然是以我们不知道的一种形态存在。今年一月份加拿大举办了一个“从量子到宇宙”的会议,其中一位物理学家说,暗物质所遵循的物理规律可能跟我们已知的物理定律完全不同。后来又在一本刊物上看到,法国一个物理学家说反物质上的万有引力定律是反的,也就是说是万有斥力。当然这些都是一些模型或假设,不过也值得关注啊。
发表于 2010-3-25 00:23:21 | 显示全部楼层
围观楼主

人类前进的动力在于创新,啥是创新,首先就要大胆猜想

天马行空才行

呵呵
发表于 2010-3-25 02:00:27 | 显示全部楼层
哈哈,这个问题很复杂
发表于 2010-3-29 18:35:05 | 显示全部楼层
那天看电视上采访那位提出 暗物质 的芝加哥大学的教授。才明白,人们为了解释为什么宇宙膨胀 在爱因斯坦的方程中加了暗物质,还有暗能量。至于是什么,科学家还在试图寻找证据。

大家为什么怎么做?好像爱因斯坦本人曾经干过一会。在他的方程里加了一项。后来,通过观察,发现那一项并不需要。自从爱因斯坦开了这个头,那批搞天体物理的,发现观察结果不符合方程,就琢磨着在方程里加项。这科幻小说当然就赶紧用啊。
 楼主| 发表于 2010-3-29 19:44:34 | 显示全部楼层
这也没什么可笑的,科学就是一个假设、求证的循环过程,在这个过程中人类的认识疆域不断得到拓展。最近看报道说欧洲科学家在地下实验室中观察到了反物质粒子,这东西过去也一直是科幻小说家的题材,现在居然真的被捕捉到,虽然仅有万亿分之一秒量级的存活周期,但还是被捕捉到了。再说对科幻小说的态度,我们现在提到科幻和科普的时候,多数是抱持专业人士对业余人士的蔑视态度,其实大可不必。看看科幻小说的历史,从儒勒凡尔纳到乔治威尔斯,都准确预言了很多即将出现的新技术。他们的预言基于当时的科学发现,实际上也是一种研究活动,跟现在的未来学类似,所以也没什么值得一笑的。
发表于 2010-3-29 20:25:51 | 显示全部楼层
本来,这个事情没什么可笑的。我写的帖子也不是想笑话谁。

我只是说,这东西还只是物理学家的猜测。

要说可笑,那是有人把猜想当成事实,要发电,推进火箭什么的。如果是写科幻小说,无可非议。要搞科研,那好像太浪费我们纳税人的钱,特别是那些每月才挣1000元的农民工的血汗。
 楼主| 发表于 2010-3-29 20:40:41 | 显示全部楼层
科研也未必就一定是按部就班做下去的,英国的新科学家网站上曾经报道过MIT一位中国学者(看名字用的是拼音,估计是大陆过去的)提出在星际航行时用黑洞做动力的设想。当时也没看懂到底怎么个原理,反正觉得够震撼的,呵呵!
发表于 2010-3-29 20:58:04 | 显示全部楼层

回复 9# 周华 的帖子

MIT也是一个很自由的地方。当年,MIT和加州理工都说冷聚变无法重复时。可是实际上,现在有几个物理系的人还召开冷聚变的会议。只要不使用纳税人的钱,你可以想些似是而非的东西。

就是你说的什么黑洞作动力什么的,也就是有人叫一声而已。没什么反响吧。

反物质是早就有确凿证据的。那个王淦昌没注意的正电子的发现,可是早就得了诺贝尔奖了。至于,宇宙里有多少,有没有可能保存反物质,那是还没搞清楚。更深层次的是为什么我们这个世界在这个方面不是对称的。是不是有一个反物质组成的宇宙?也许这个反物质与暗物质,暗能量之间是有联系的。那是物理学家干的话。猜想人人可做。要找到证据,可是很花时间,更是很花钱的。欧洲要联合起来才能搞个加速器。老美干脆把进行了一半的加速器建设给停了。挖好的大坑,又给填了。

[ 本帖最后由 通流 于 2010-3-29 20:59 编辑 ]
 楼主| 发表于 2010-3-29 21:36:23 | 显示全部楼层
黑洞作动力是新科学家网站上发表的一个新闻,具体有什么反响我还真不知道,也无从知道。不过科学也不能说没钱搞就连想都不去想,那样也太现实主义了。
发表于 2010-4-8 21:11:27 | 显示全部楼层
呵呵,逻辑上完全说的通。

它的定义就是看不见摸不着,于是你无法证明它不存在
发表于 2010-4-8 21:21:13 | 显示全部楼层

回复 12# zzZZZzz 的帖子

如果真的无法证明,那就不是在科学的范畴里了。
 楼主| 发表于 2010-5-9 10:07:02 | 显示全部楼层


这种说法不正确,科学研究的次序总归是假设、求证这样一个循环,不能说只有求证了才算科学,假设阶段就不是科学。
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