暗物質是什麼東西 暗物質撞擊秘密(圖)

2020-12-05 古今奇聞雜談

在宇宙學中,暗物質是指那些自身不發射電磁輻射,也不與電磁波相互作用的一種物質。人們目前只能通過引力產生的效應得知宇宙中有大量暗物質的存在。

暗物質存在的最早證據來源於對球狀星系旋轉速度的觀測。現代天文學通過引力透鏡、宇宙中大尺度結構形成、微波背景輻射等研究表明:我們目前所認知的部分大概只佔宇宙的4%,暗物質佔了宇宙的23%,還有73%是一種導致宇宙加速膨脹的暗能量。

據美國國家地理網站報導,根據幾項暗物質探測項目獲得的數據進行計算的結果顯示,平均大約1分鐘就會有一顆暗物質粒子擊中人體。

暗物質不同於常規物質,它們完全不可見。科學家們之所以能知道它們的存在,是因為它們會對宇宙中的星系和星系團產生引力作用。科學家們估算認為這種神秘的暗物質佔到了整個宇宙中所有「物質」總量的80%。到目前為止尚沒有任何人能夠確定的指出暗物質的組成粒子究竟是什麼。但是其中一個非常有希望的理論是一種被稱作「大質量弱相互作用粒子」(WIMPs)的候選體。

正如其名字所暗示的那樣,這種粒子對常規物質粒子,或者說重子只有非常微弱的影響,它們通常會直接穿過宇宙中絕大部分的物質,包括人體。但是在偶發的情況下,某些具有特定質量的「大質量弱相互作用粒子」會和原子核發生碰撞,並且現在看起來這種碰撞發生的機率要高於原先的設想。

凱薩琳·弗萊瑟(Katherine Frees)是美國密西根大學下屬密西根理論物理研究中心教授,她說:「在這項研究工作進行之前,我曾經認為這種WIMP粒子和人體內原子核發生碰撞的機率大概是人的一生中才會發生一次。但是現在看起來這樣的碰撞機率大約是每分鐘一次。」

WIMP撞擊事件

根據這項理論,WIMP粒子產生於宇宙初始時分,這一點和其它物質並沒有什麼區別。儘管WIMP粒子和常規物質之間不太會發生相互作用,但是如果這樣的兩顆粒子相互撞擊,它們將會發生湮滅反應,所有的質量將會在一瞬間轉化為能量。

這項研究論文的合著者,瑞典斯德哥爾摩大學奧斯卡·克蘭研究中心博士後研究員克里斯多福·薩瓦吉(Christopher Savage)表示:「隨著宇宙膨脹並逐漸冷卻,WIMP粒子相互遠離,最後它們將無法再相遇並發生湮滅反應。」模型顯示,目前每秒正有數以十億計的WIMP粒子正穿過地球,還有每種動物的身體。

目前有一部分設計用來探測WIMP粒子的實驗,其原理是基於當WIMP粒子和某些特定材料物質發生撞擊,如鍺晶體,這樣的撞擊事件將會釋放特定數量的能量。在這項最新研究中,弗萊瑟和薩瓦吉採用了相似的計算方法來考察特定種類的WIMP粒子的質量和豐度,並估算它們和人體內常見元素原子核發生相互反應的機率。薩瓦吉說:「我們知道如何進行這些計算,我們只是從未針對人體過這樣的計算。」計算結果顯示,氫原子和氧原子更加容易受到WIMP粒子的撞擊。由於我們的身體含有大量的水分,因此我們的身體原子組成是很容易發生與WIMP粒子的相互反應的。

根據這項研究,對於那些質量達到60 GeV 的WIMP粒子,對於一個體重154磅(70公斤)的人來說,每年將發生約10次撞擊事件。1 GeV即十億電子伏特,這一單位大致相當於一個質子所含有的能量。而對於那些10~20 GeV的WIMP粒子來說,研究人員們估計每年都有成百上千的這類粒子和人體內的原子核發生撞擊。

暗物質是一種危險?

由於它們和常規物質發生相互作用的機率非常低,這當然也就意味著WIMP的撞擊將不會給人體帶來什麼大的風險。然而當兩顆WIMP粒子相互撞擊時會發生湮滅反應,在這一過程中所釋放出的能量就會大的多。弗萊瑟說:「這兩顆粒子的質量都相當於質子質量的100倍,當兩者相撞時,它們將擁有200倍質子質量的能量釋放。這將是非常劇烈的。」

如果這種WIMP粒子湮滅反應發生在人體內,弗萊瑟說:「它將可能導致對人體有害的突變。」當然,他也指出:「發生這種事件的概率非常低。」

站長點評:暗物質當然會和人體組織發生相互作用。物理學家計算出了這種情況發生的機率。那麼計算結果是地球上每個人每年要承受100000次的暗物質粒子碰撞。這意味著,在閱讀這篇文章的這點時間裡,很可能已經被暗物質擊中了。

相關焦點

  • 宇宙中的「暗物質」是什麼東西?
    其實到現在為止我們仍然無法確定暗物質到底是什麼東西!因為我們從來都沒有直接觀測到暗物質,僅僅是通過觀測星系的非常規運動得出的結論!但我們無比確信存在著這樣的物質!最早提出暗物質概念的是天文學家卡普坦,早在1922年他就通過觀測星系異常運動認為星系內部存在看不見的物質在作用著,但早期的研究並未引起太多的重視,隨後不斷有天文學家介入研究,但一直未有令人信服的觀測結果!到了1939年,天文學家巴布科克相當深入的研究了M31(仙女星系)之後得出了比較可靠的結論,其外圍的運動速度遠遠要比克卜勒定律計算的結果要大!
  • 什麼是暗能量,暗物質?
    理論家們仍然不知道正確的解釋是什麼,但是他們給了解決方案一個名字。它被稱為暗能量。什麼是暗能量?更多的是未知的。我們知道有多少暗能量,因為我們知道它如何影響宇宙的膨脹。除此之外,這是一個完全的迷。但這是一個重要的謎。事實證明,大約68%的宇宙是暗能量。暗物質約佔27%。
  • 什麼是暗物質和暗能量?目前探索暗物質有什麼進展了?
    暗能量假設宇宙是大爆炸產生的。按理說,宇宙這鍋粥被炸開之後,在引力的相互吸引下,應該是膨脹的越來越慢,比如,外圍的星系受到中心地帶大量星系的吸引,應該會慢慢降低遠離的速度。而目前觀察到的宇宙,仍然在加速膨脹,外圍的星系還在加速遠離,這又沒裝發動機,是什麼東西在作祟?得了,找人來背鍋吧,於是就有了暗能量的概念。
  • 宇宙是由什麼物質組成的?未知的部分統稱暗物質
    宇宙中剩下的部分是由其他「東西」構成的,今天科學家們還沒有搞清楚這種物質的本質究竟是什麼。因為找不到更好的名字,物理學們於是就將這種神秘物質稱作「暗物質」(dark matter)。如果沒有這種神秘物質的存在,宇宙中的星系將分崩離析。儘管沒人知道暗物質的本質究竟是什麼,但物理學家們正在對其加緊研究。
  • 數學物理|什麼是暗物質?
    我們也可以看看氣體和恆星在我們星系的外圍部分,它繞中心,我們可以得出這樣的結論:這些氣體和恆星會逃到星系際空間,除非有更多的物質把他們比我們實際上看到的東西。暗物質存在的證據很簡單,幾乎無可辯駁:恆星和星系的運動方式表明,某種無形的東西一定對它們施加了引力。這與19世紀的推理相同,當時人們推斷海王星存在,是因為天王星的軌道被一個更遙遠的看不見的物體牽引而偏離。
  • 「暗物質」概念是如何提出的,暗物質到底是什麼
    暗物質的基本性質可以概括為:參與引力相互作用。火星和其他行星是一樣的。中國發射的暗物質衛星「五孔」正在尋找天文觀測,並試圖通過測量宇宙射線中正電子和負電子的比例來尋找暗物質信號。所謂暗物質的「看不見」並不是簡單地用肉眼在可見光中隱形,而是說不管探測到哪一段電磁波,例如紅外線、紫外線和X射線,現在科學家認為暗物質實際上是某種粒子。科學家們已經正式提出了「暗物質」這個術語,我們對暗物質的探測越來越多地是通過所謂的「引力透鏡」來完成的,而引力透鏡是由大量的質量來彎曲光線所引起的。但它們不涉及電磁相互作用。
  • 暗物質的前世今生,什麼是暗物質?
    儘管專家們已經觀察暗物質的引力效應幾十年,但仍然對它的真實性質感到困惑。誰發現了暗物質?在19世紀後期,天文學家開始推測一些看不見的物質——暗星或者氣體和塵埃,它們可能散布在整個宇宙中。這些恆星繞著星系核心旋轉的速度太快了,就好像有一些看不見的暗物質在引力的作用下拉著它們,推動它們向前移動——科學家們很快在整個宇宙的星系中發現了這個現象。研究人員不知道這個看不見的暗物質是由什麼組成的,一些天文學家推測暗物質是由小黑洞或其他緊湊的物體組成的,這些物體發出的光太少,無法在望遠鏡中顯示出來。
  • 暗物質是什麼?究竟有沒有暗物質?
    暗物質是什麼?究竟有沒有暗物質?不知道有沒有小夥伴看過《地質災難》這部電影,暗物質自天外之內,頃刻間穿過地球!造成的一系列毀滅性災難,而且明顯還是弱化了暗物質的實力。那麼暗物質到底是什麼?究竟有沒有暗物質?
  • 為什麼相信暗物質一定存在?暗物質是什麼呢?
    我們知道宇宙中的普通物質其實只佔宇宙總物質達不到5%。除了導致宇宙加速膨脹的暗能量外,其餘的佔比將近三分之一都是暗物質。那這些大尺度結構的形成是不是又和暗物質有關呢?沒錯,現代研究表明,宇宙中這些大尺度結構的形成關鍵就依賴於暗物質。因為是科學,所以才要把暗物質引入。為什麼這麼說呢?這就得從暗物質是怎麼一步步被當今科學界所接受說起了。歡迎來到濤濤隨記,精彩分享馬上開始。
  • 非自然現象=暗物質?傳說中神秘的「暗物質」真的存在嗎?
    文/三飯手中敲著鍵盤,看著電腦屏幕,口渴了便拿起桌子旁的咖啡,這些都是我觸手可及的東西,以前在學校老師也會告訴我們:物質組成的基本單位是原子。然而,今天我們卻要說的是那個摸不著看不到聽不到的一個物質——暗物質。
  • 探索暗物質
    暗物質到目前為止,人類還沒有能夠給予合理的解釋,人類不知道暗物質所代表的物質到底是什麼,但是暗物質這種東西確確實實存在,並且暗物質所造成的影響比黑洞還要強烈。而我們想要探索宇宙,暗物質顯然是必須面對的一個問題,接下來我們來談論一下關於暗物質的事。
  • 趣探索:暗物質是物質宇宙的骨架,沒有暗物質就沒有人類文明
    (暗物質概念圖。)正是由於暗物質構建了宇宙的絲狀結構,可見物質才聚集在一些由暗物質建立起來的引力點上,最終形成了星系。(藝術概念圖:銀河系周圍的藍色暗物質光暈。)f,在銀河系中,暗物質呈現暈狀分布,把銀河系包裹其中。在銀河系內區,普通物質比暗物質多,在外區則是暗物質比普通物質多。
  • 暗物質秘密被揭開!科學家公布暗物質暈內部結構!
    近日,科學家們首次公布了暗物質暈的內部結構,帶我們進入了暗物質的世界!根據太空望遠鏡觀測到的數據,科學家們建立了一個簡易的宇宙模型,其中暗物質佔到了整個宇宙質量的85%,暗物質的質量遠比我們想像中的龐大!那麼,為什麼佔宇宙主要成分的暗物質最近幾十年才被發現,甚至一度被科學家認為不存在呢?
  • 宇宙暗能量是什麼?暗物質又是什麼?
    在星球的周圍漆黑一片的是暗物質。暗物質我們看不到,並不代表它不存在,我們科學家根據多方位的觀察和計算,得知暗物質也是有質量的。暗物質的質量約佔據宇宙總質量的三分之一,並且暗物質還具有能量,我們把這種能量稱為「暗能量」。暗能量也是十分巨大的,約佔據宇宙總能量的三分之二。
  • 什麼是暗物質?什麼是暗能量?
    也許是愛因斯坦引力理論被忽視的一些東西,也許是某種奇怪的能量充滿了空間。又或者愛因斯坦的引力理論也許有問題,一種新的理論可能包含某種產生這種宇宙加速度的場。物理學家仍然不知道怎麼解釋這些東西,但是他們起了個名字,這就是所謂的暗能量。什麼是暗能量?
  • 原始黑洞或能揭示暗物質本質,暗物質的物理性質是什麼?
    是因為太陽和銀河系中間存在著大量我們還沒看得見、看不見的物質,可能是暗物質。我們測量銀河系外圍的星雲也就是氣體繞銀河系轉的速度,發現它的速度也在200公裡左右。根據這些尺度、速度、距離,我們大概推斷出銀河系裡的物質分布大概是發光物質分布的10倍,還有90%的東西是不發光的。
  • 暗物質衛星上天 揭秘暗物質是什麼?怎麼存在的?
    探測衛星「悟空」暗物質粒子探測衛星想像圖常進說,「衛星除了尋找暗物質外,還是一個宇宙射線望遠鏡,可以研究宇宙射線的起源、傳播和加速。宇宙射線發現了將近100年,但那麼高能量的宇宙射線究竟來自於什麼?人類到現在也沒有弄清楚,這很奇怪。」常進說,尋找暗物質需要全世界科學家的共同努力,何時能發現暗物質尚難以預計。至於發現暗物質後能如何利用,常進說,量子物理剛發現時,人們認為一點用處都沒有,但是現在什麼都與量子物理有關係。
  • 什麼是暗物質和暗能量?
    這讓我想起一道腦筋急轉彎,叫做「1+1在什麼情況下等於3?」 你們可能都知道,在算錯了的情況下等於3,但是科研工作者並不喜歡這個答案,我們可以給大家另一個答案:1+1,再加上一個看不見的「暗」數字1,那麼也可以等於3。什麼意思呢?就是說,我們星系當中所有的可見物質加到一起,不能提供足夠的引力去維持速度幾乎不變的旋轉曲線。怎麼辦?我們就再加一些看不見的物質,這種看不見的物質我們叫作「暗物質」。
  • 「暗物質」的候選粒子是什麼,網友:黑色的物質
    在美麗的夜空下,天上繁星眾多,然而黑色的空白區域是什麼呢,也許那是我們看不見的地方,裡面有我們不知道的物質。首次發現暗物質暗物質是那些不發光,不能用常規方法進行觀測,不與電磁力相互作用的物質。20世紀,美國天文學家薇拉.魯賓首次為暗物質的提供了最基礎的數據。她在利用都卜勒效應觀測仙女座星雲的時候,發現星系的旋轉速度遠遠超出預期。
  • 什麼是暗物質?
    暗物質是一個神秘的非發光物質宇宙,儘管幾十年來專家們一直在觀察暗物質的引力效應,儘管如此人們仍然對暗物質的真實性質感到非常的困惑。在19世紀末,天文學家開始猜測散布在整個宇宙中的看不見的物質-昏暗的恆星或氣體和塵埃。