位置:知识产权保护网 > 媒体观点 > 正文 >

暗物质是捉迷藏高手 找到它能揭开宇宙真面目

2017年11月30日 10:39来源:知识产权保护网手机版

暗物质和暗能量被科学家们称为笼罩在21世纪物理学上的两朵乌云,它到底有多神秘,今天,我们就先聊聊暗物质这朵“乌云”。

暗物质:探索“隐藏”宇宙的钥匙

故事还得从上个世纪说起。当时,科学家们在观测星系旋转时发现一个怪现象,离星系中心越远的恒星由于引力的减少,运动速度本该越慢,但实际观测到的旋转速度比预测速度快得多,这就证明还有我们没观测到的物质提供了引力。为了解释这一现象,科学家们引入了暗物质这个概念。

根据科学家们预测,在宇宙的构成中,人类能观测到的常规物质仅占5%,暗物质占到25%,剩余的70%则是暗能量。

虽然暗物质占了宇宙的4分之1,但却很难被探测到。根据科学家推测,暗物质不带电荷,不与普通物质发生除引力以外的其他相互作用,能够穿越电磁场,但由于其对于探索宇宙起源和基础物理研究具有重大意义,世界各国都在努力地证实暗物质的存在。找到暗物质就能帮助我们揭开“隐藏”了的宇宙的真面目。

肉眼可见的普通物质构成了恒星,恒星们组成星系,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着很多不同的假设模型。有的理论认为它广泛分布在整个银河系中,形成强烈的暗物质风,地球也频繁被它吹过。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。但毫无疑问的是,它有引力,它占据着天文学家们计算出来的宇宙总质量的四分之一还要多,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。

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。

地球很小,宇宙很大。暗物质,或许将是人类打开星际探索大门的一把钥匙。

三种途径 捕捉神秘暗物质

神秘的暗物质,似乎无处不在,却又至今没人能证明真正捕捉到它。那么,面对这些擅长“隐身”的粒子,科学家又是通过怎么的方法来寻找它们呢?

目前探测暗物质的方法主要有三种:直接探测、间接探测和加速器探测,我国在前两种方法中都走在了世界前列。

直接探测

地下守株待兔 直接捕捉暗物质

一种办法是守株待兔。根据理论,暗物质会参与弱相互作用,就像是荒不择路的兔子一样,它们也有可能一头撞上原子核这个“树桩”。被暗物质粒子撞上的原子核会引起发光发热的现象,或者被撞得偏离了原来的位置,这些都是科学家有可能探测到的。于是,科学家用了一个笨办法,他们建设含有大量反应物质的探测器,等待过路的暗物质粒子碰巧撞上其中某个原子核。

△熊猫暗物质探测计划。在四川锦屏山2400米的山体深处,我国建造了液氙暗物质探测器,通过检测暗物质撞击液态氙产生的能量来感知暗物质的存在。  △熊猫暗物质探测计划。在四川锦屏山2400米的山体深处,我国建造了液氙暗物质探测器,通过检测暗物质撞击液态氙产生的能量来感知暗物质的存在。

间接探测

太空间接探测 寻找暗物质湮灭物

另一种办法,那就是等这些隐身的粒子主动现身。有理论预言,当两个暗物质粒子相遇时,由于互为反物质,它们便会湮灭,从而产生出高能的伽马射线,或者产生出普通的正反粒子对。这就好像两个隐身的人相遇的一瞬间,突然脱去了隐身斗篷,变成两个普通人,甚至还发出了耀眼的光芒。如果科学家在暗物质集中的地方探测到了过量的伽马射线,或者在宇宙中探测到了来源不明的大量反物质粒子,它们就有可能来源于反物质粒子的湮灭,从而给暗物质的存在提供间接的证据。

△“悟空”号暗物质粒子探测卫星。2015年12月17日,中国成功发射首颗暗物质粒子探测卫星“悟空”号,监测暗物质粒子湮灭或衰变后产生的高能粒子,如伽马射线、正负电子等,精确测量这些粒子的能谱,从而间接证明暗物质的存在。  △“悟空”号暗物质粒子探测卫星。2015年12月17日,中国成功发射首颗暗物质粒子探测卫星“悟空”号,监测暗物质粒子湮灭或衰变后产生的高能粒子,如伽马射线、正负电子等,精确测量这些粒子的能谱,从而间接证明暗物质的存在。

加速器探测

加速器粒子碰撞 主动创造暗物质

还有一种办法是主动创造这些粒子。如果我们把足够高的能量浓缩在极小的空间体积之内,就像科学家在大型强子对撞机里进行的粒子碰撞实验一样,这些能量就会转化为各式各样的粒子四散奔逃。如果能量足够高,理论上就有可能产生出暗物质粒子。而由于暗物质粒子是“隐身”的,无法被周边的探测器记录到。那么,在科学家看来,这场粒子碰撞中就会有很大一部分能量不翼而飞。如果侦破了这宗能量失踪案,就能为暗物质粒子的存在提供证据。

科学界公认,揭开暗物质之谜将是继日心说、万有引力定律、相对论及量子力学之后的又一次重大飞跃,将带来物理学的又一次革命。

本文地址:http://www.jxjjdy.com/meiti/21402.html 转载请注明出处!