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“失蹤”的普通物質(zhì)如何被發(fā)現(xiàn) 霍金博士論文開放引熱議(2)

2017-10-26 15:15來源:99科技整理編輯:時寒峰

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  2015年,歐洲航天局的普朗克衛(wèi)星就嘗試?yán)L制這種效應(yīng),但是由于星系之間的氣體絲太微弱,那些暗淡的輪廓或斑點(diǎn)不能再普朗克地圖上顯示出來。此次,英國愛丁堡大學(xué)的Anna de Graaff研究小組發(fā)現(xiàn),星系之間的區(qū)域的密度大約是周圍空間的6倍,這些氣態(tài)絲狀物大約可以占到宇宙中普通物質(zhì)的30%。法國奧賽天文物理研究所的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)計算出的結(jié)果略低于這個水平,但兩方面的數(shù)據(jù)是一致的。由此證明,那些失蹤的物質(zhì)并沒有丟失,而是隱藏在那些氣體絲中。

  盡管這個發(fā)現(xiàn)可以部分解決那個長期存在的謎題,但還有一部分普通物質(zhì)沒有被找到,有觀點(diǎn)認(rèn)為剩余部分由其他物質(zhì)諸如暗物質(zhì)或暗能量組成。普通物質(zhì)尚且如此神秘,與之共同構(gòu)成宇宙的暗物質(zhì)和暗能量則更加深不可測。

  暗物質(zhì)和暗能量

  暗物質(zhì)主要是指宇宙中不發(fā)出任何輻射的物質(zhì),它不能被探測,但存在引力作用。由于暗物質(zhì)不發(fā)光、不發(fā)出電磁波且不參與電磁相互作用,許多人猜測中微子可能就是暗物質(zhì)。但已經(jīng)有研究表明,中微子是熱暗物質(zhì),而宇宙暗物質(zhì)主要是冷暗物質(zhì),因此該猜測很可能被駁倒。由于暗物質(zhì)的一些特殊性質(zhì),現(xiàn)在很難揭開它的真實(shí)面目。

  但是,人類探索的腳步從未停止。盡管目前尚無直接證據(jù)證明暗物質(zhì)存在,但它在理論上有著重要作用。2013年華裔諾貝爾物理學(xué)家獲得者丁肇中領(lǐng)導(dǎo)的研究組宣布他們的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與暗物質(zhì)粒子碰撞的理論值一致,但這一發(fā)現(xiàn)最終被判定不足以證明暗物質(zhì)存在。現(xiàn)在,四川的錦屏地下實(shí)驗(yàn)室、暗物質(zhì)衛(wèi)星科研團(tuán)隊(duì)的“悟空”號和歐洲大型強(qiáng)子對撞機(jī)(LHC)都在開展證實(shí)暗物質(zhì)的存在的研究。

  相比暗物質(zhì),暗能量更加神秘。粒子物理學(xué)、弦理論、宇宙學(xué)專家麗莎·蘭道爾在《暗物質(zhì)與恐龍》一書中指出,暗能量不是物質(zhì),它僅僅是能量。暗能量的分布總是均勻,滲透于宇宙的各個角落。人類無法通過輻射的方法探測到暗能量,它不像暗物質(zhì)具有引力,而是具有斥力。不過, “宇宙膨脹加速”這一現(xiàn)象可以證明其存在,而暗能量的斥力作用也可以用來解釋宇宙的膨脹。2011年,S.Perlmutter、B.P.Schmidt、和A.G.Riess因證實(shí)宇宙加速膨脹而獲得諾貝爾物理學(xué)獎。此外,宇宙的平直性(即宇宙在大尺度結(jié)構(gòu)上是平直的)也能夠證明暗能量的存在。理論上的宇宙物質(zhì)密度應(yīng)該等于大爆炸理論中的臨界密度,但普通物質(zhì)和暗物質(zhì)相加后遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到這一數(shù)值,因而推測出不足的部分就是暗能量。

  普通物質(zhì)、暗物質(zhì)和暗能量如此神秘,那究竟是怎么產(chǎn)生的呢?這就要從宇宙大爆炸說起。

  “宇宙大爆炸”理論的產(chǎn)生和發(fā)展

  宇宙源于奇點(diǎn)所發(fā)生的大爆炸,這個爆炸過程被稱為宇宙大爆炸,對此進(jìn)行描述的理論稱為宇宙大爆炸理論。這一理論認(rèn)為,宇宙起源于大爆炸,而普通物質(zhì)、暗物質(zhì)和暗能量也都是在大爆炸中誕生。

  事實(shí)上,宇宙大爆炸早已不是科幻描述。在哈勃定律和宇宙膨脹現(xiàn)象的指引下,比利時天文學(xué)家勒梅特于1927年最先提出宇宙起源一個致密的“原點(diǎn)”,其爆炸產(chǎn)生了我們今天的宇宙。1948年,伽莫夫發(fā)表αβγ論文從而建立“大爆炸宇宙”的理論。宇宙大爆炸理論的主要內(nèi)容是:從奇點(diǎn)爆炸到其后的普朗克時間(時間量子間的最小間隔)內(nèi),物理規(guī)律失效,之后進(jìn)入大統(tǒng)一階段,物質(zhì)和能量可以互相交換, 電磁力、弱核力、強(qiáng)核力和引力四種作用力統(tǒng)一。隨著宇宙膨脹和溫度下降,出現(xiàn)夸克、反夸克和光子。而后進(jìn)入核合成時代,逐步出現(xiàn)輕子、質(zhì)子和中子,然后形成氦核,并且逐步演化出我們當(dāng)今的宇宙。

  大爆炸理論提出之初非但沒有得到科學(xué)界的支持,當(dāng)時還遭受到諷刺。比如“大爆炸”一詞,就是英國天文學(xué)家霍伊爾為了說明伽莫夫理論的荒唐而取的帶有貶義色彩的詞語。甚至伽莫夫自己也對該理論也信心不足,最終放棄了對宇宙大爆炸理論的研究,轉(zhuǎn)而研究分子生物學(xué)。不過,經(jīng)過近百年的發(fā)展,宇宙大爆炸理論獲得了許多證據(jù)的支持,成為了一個流行的理論。

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