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宇宙中一种神秘而又无法形容的强大的物质

时间:2020-06-22 07:34 来源:菜叶 作者: 菜叶

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多年来,物理学家和天文学家想从最基本的层面理解暗物质的性质。它是由新型基本粒子组成的吗?还是由一些不可见的密度天体(例如黑洞)组成的?如果是粒子组成的,它是否会与重子物质相互作用,还是说暗物质粒子自身会发生我们看不见的作用?暗物质粒子不止一种吗?

暗物质在星系,乃至在宇宙中的角色都极其重要,宇宙中的暗物质无处不在,但却无法观测,天文学家们只能通过一些侧面的引力作用观测暗物质带来的影响,这就像黑洞,黑洞也无法直接观测,天文学家只有在黑洞“进食”的时候才可以观测。未来,天文学家希望使用大型地下探测器,太空望远镜或CERN的大型强子对撞机探测暗物质粒子。

可以左右宇宙未来命运,但是我们却对它一无所知,这真是一个难题

两个大型强子对撞机的磁铁会耦合在一起,蓝色圆柱体包含磁轭和磁偶极线圈,还有冷却磁体使其超导所需的液氦系统

天文学家们根据暗物质与星系的相互作用,得出一个新的结论,即使暗物质没有与重子物质(所有星系星云和宇宙超巨大结构,所有可直接观测物质)相互作用,暗物质的自相互作用也可以帮助天文学家发现暗物质。比如银河系外围的暗物质与其自身在银河系中心的暗物质相互作用,则银河系的内部结构将有所不同。当我们在夜空时看到很多明亮的气体云和恒星时,也可能“看到了”一种或多种彼此相互作用的暗物质粒子。或者,科学家们可以在实验室或太空中检测到与磁场相互作用的粒子,它可能就是暗物质粒子。

暗物质存在的蛛丝马迹

对于理论物理学家或者天文学家来说,暗物质是一个有希望的研究目标,因为我们知道它存在,但是我们暂时还不知道它的基本含义,那么我们为什么不知道暗物质的基本含义呢?主要是因为到目前为止,暗物质与重子物质的相互作用非常少,还不足以确定重子物质与暗物质之间作用的数据。

可以左右宇宙未来命运,但是我们却对它一无所知,这真是一个难题

NASA哈勃太空望远镜(蓝色)和钱德拉X射线天文台(粉红色)拍摄的六个不同星系团的图像,这是为了研究星系团在碰撞时暗物质所扮演的角色

整个宇宙中有四分之一是暗物质,天文学家们是从其引力效应中推断出来的,而不是通过电磁影响(这是发现重子物质的方式)推断出来的。暗物质是一个复杂的概念,对于我们来说这会更复杂,因为我们每个人的五感全部源于电磁相互作用。例如,视觉是基于我们对光的敏感性,这其实就是特定频率范围内我们对电磁效应的敏感性。我们可以看到任何东西,也是因为组成它的原子会发出或吸收光,我们通过科学仪器还可以看到原子中电子和质子携带的电荷。

但是,物质不一定由原子组成,宇宙中绝大多数物质是由完全不同的粒子组成的,我们的眼睛看不到没有电磁相互作用的物质。天文学家是通过观察暗物质对我们银河系中恒星的影响(其旋转速度太快,以至于自身物质的引力无法束缚)以及星系团中银河系的运动(还是太快,无法仅由我们看到的物质来解释)来确定暗物质的。除了星系引力作用,暗物质还在大爆炸后的宇宙微波背景辐射上留下了印记,对超新星爆炸可见物质的轨迹造成了影响,等等……

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