愛因斯坦突破!「革命性」的暗物質發現證明了一個世紀之久的理論

2021-01-20 騰訊網

科學家們發現了一種探測太空暗物質的「神奇工具」，從而引發了一場「天體物理學的革命」。

暗物質是一種未知物質，據認為大約佔宇宙的85%。它的存在在各種各樣的天體物理觀測中都有暗示，包括那些不能被公認的引力理論所解釋的引力效應，除非存在的物質比所能看到的要多。

要理解愛因斯坦的理論，以及宇宙中光線是如何偏離的，你必須把它想像成一種格子桌布，上面有一個巨大而緊湊的球體。在放置球體的每一點，桌布都會變形，這種變形就是愛因斯坦相對論中時空的變形。如果你現在傳播光線，它們會受到物質產生的時空變形的影響而偏離。

愛因斯坦在1912年發表的一篇未發表的文章中首次提出了這一觀點，然後在1936年發表的一篇文章中再次提出了這一觀點。愛因斯坦稱這種效應為引力透鏡效應，構成透鏡的物體，其密度和質量足以使光線彎曲。

但是這種現象仍然是一種理論，直到揚尼克和他的同事們在夏威夷的天空中偶然發現了一些奇怪的東西，人們才得以觀察到。1985年，揚尼克還是一名年輕的研究人員，他使用了在莫納克亞火山山頂上世界上最好的望遠鏡之一，海拔4200米。

揚尼克表示，我們去那裡不是為了研究暗物質，而是為了發現遠離地球的大星系團的變化。突然，我們發現了一個非常奇怪的結構，看起來像一個拉長的微笑，它比星系更細長，而且非常扭曲。目錄上沒有天文物體，所以我們面臨著一個巨大的謎。

揚尼克開始試著解釋這個物體，觀測者和他的望遠鏡在這裡(在右邊)，如果一個星系與Abell 370完全一致，那麼就會發生非常強烈的光線偏轉，這導致了一個引力弧的形成。

揚尼克的推理甚至更進一步，如果存在引力弧，那麼肯定也存在一些隱藏的物質，它們給了星系足夠的質量和密度來彎曲光線。通過觀察弧形的曲線，他現在可以看到暗物質在哪裡，以及它是如何在星系中分布的。通過廣泛應用這種方法，他意識到自己發現了一種探測宇宙暗物質的神奇工具。然後就開始了與時間的賽跑，爭著成為第一個公布這一發現的人。

這就是天體物理學中的引力透鏡革命，揚尼克第一次發現了一種觀察暗物質、測量和評估暗物質存在的方法。

相關焦點

  • 暗物質突破!哈勃望遠鏡如何發現證明暗物質存在的「關鍵證據」
    暗物質可能是肉眼看不見的，但是美國宇航局的哈勃太空望遠鏡發現了確鑿的證據來證明這種神秘物質的存在。在我們看似無限的宇宙中，暗物質約佔所有物質的85%。其他所有的東西，包括星星和我們自己，加起來只佔我們能直接觀察到的東西的5%。
  • 天文觀測的最新發現與現有物理理論革命性突破的可能?
    物理學研究中一個慣用的方法是，當我們在地面或小範圍空間區域內測得一個物理量的值時，如果它應該作為一個輸入型參數出現在物理方程中，並且表示著自然界在某一方面的性質，那麼通常假定這個參數是個常數，它在宇宙不同區域是相同的，進一步相對性原理還會保證此參數在任意參考系上都具有相同的值。
  • 一個新的理論可以改寫我們所知道的物理定理,並解釋暗物質是什麼
    如果它是物質的一種形式，那麼它一定是宇宙中最豐富的物質，然而所有的嘗試都以失敗告終。甚至大型強子對撞機也沒有看到它的身影。它仍然像它的名字一樣神秘：暗物質。現在，一位理論家用一個極其簡單的解釋引發了爭議，解釋了為什麼暗物質仍然沒有被發現：它不存在。
  • 有研究質疑暗物質理論和愛因斯坦的相對論
    儘管暗物質是看不見的，但科學家聲稱，暗物質比普通物質大約普遍多五倍半。有大量證據支持它的存在。例如，星系旋轉得如此之快，以致它們應根據公認的引力理論以及觀測到的恆星和氣體數量飛散。類似地，在成百上千個星系的星系團中，星系的速度遠遠快於預期。還有許多其他觀察結果表明，宇宙中存在的物質比望遠鏡所能看到的更多。
  • 「973」計劃項目「暗物質、暗能量的理論研究及實驗預研」啟動
    暗物質和暗能量被稱為21世紀現代物理學和天文學晴朗天空中的「兩朵烏雲」，揭開暗物質、暗能量之謎，將是人類認識宇宙的又一次重大飛躍，可能導致一場新的物理學革命。3月18日，國家「973」計劃項目「暗物質、暗能量的理論研究及實驗預研」在京啟動。這標誌著中國科學家將向揭開「兩朵烏雲」之謎發起挑戰。
  • 100年了,為什麼物理學還在「啃老本」,沒有革命性突破?
    關於這一點看看物理學史就知道了，物理學真正的發展興起有兩次，第一次是大約在17世紀到18世紀，這個是近代科學的啟蒙時間，第二次大家肯定都知道，就是愛因斯坦時期了，這兩次物理學基本上已經為後來的物理奠定了基礎，我們現在所學的很多知識都是基於兩個時期的理論，總體來說兩次物理學發展起來的時間都是間隔了
  • 十大最具革命性的科學理論
    不管怎樣，科學已經深深地滲透到人類生活的方方面面，人們能夠以科學的思想和觀念，去認識和理解極其複雜的客觀世界和精神世界，而科學革命能夠出人意料地變革人們的思想觀念、推動人類歷史的進程。那麼，可否將龐大、系統而複雜的科學，用若干實例給予一個提綱挈領的總結或說明呢？
  • 什麼是暗能量,暗物質?
    暗能量，暗物質在20世紀90年代早期，有一件事對宇宙的擴張是相當肯定的。它可能具有足夠的能量密度來阻止它的膨脹和重新坍塌，它可能具有如此小的能量密度以至於它永遠不會停止膨脹，但隨著時間的推移，重力肯定會減緩膨脹。當然，沒有觀察到減速，但理論上，宇宙必須放慢速度。宇宙充滿了物質，引力的吸引力將所有物質拉到了一起。
  • 白春禮:物質科學變革性突破對科學發展的影響
    李政道先生曾指出：「20世紀初，科學界最大的謎是太陽。」20世紀中葉前，人類所有能源都來自太陽。太陽的能量是經光傳播到地球，所以光和熱的研究是20世紀初物理界的兩大重點。愛因斯坦由於光電效應而於1921年獲得了諾貝爾物理獎。2009年，諾貝爾基金會評出了百餘年諾貝爾獎史上「最受尊崇的」三位獲獎者，其中之一是愛因斯坦。
  • 暗物質和暗能量:21世紀籠罩物理學的兩朵烏雲
    200多年後，愛因斯坦在1916年發表了廣義相對論，人們對光速、引力有了更深刻的認識。牛頓和愛因斯坦的理論雙劍合璧，令人們對物理學感到滿意，因為地球上絕大多數自然現象都得到了圓滿的解釋。然而，從20世紀20年代開始，發現了許多新的天文現象，證實在宇宙尺度下，有許多引力現象無法用牛頓和愛因斯坦的理論解釋。例如，漩渦星系的弧線的曲率與理論預測有很大差異，如果理論是對的，這些曲線應該更彎一些。
  • 中加科學家發現「誘導引力」理論缺陷 拯救暗物質論於顛覆邊緣
    一開始， 牛頓開創的經典力學體系曾被認為是這個「萬物理論」。然而人們在19世紀發現，離太陽最近的行星——水星軌道在不斷偏離牛頓引力理論的計算結果。一開始，人們藉助從天王星推斷冥王星存在的經驗，認為水星附近存在一顆新行星，也就是當時稱作「祝融星」的理論行星，但一直未能證實。直到1915年，愛因斯坦提出了更加準確的引力理論——廣義相對論，才完美的解決了水星進動問題。
  • 暗物質是由玻色-愛因斯坦凝聚構成的?愛因斯坦遺產又作重大貢獻
    最近幾十年來，科學的發展使得人們得以對科學巨匠愛因斯坦的遺產有了全新的認識。由於愛因斯坦的研究工作是基礎性的，從而極大地改變了人類對宇宙的認知。愛因斯坦在20世紀種下的科學的種子，到了21世紀有的已經開始開花結果了。
  • 愛因斯坦的1919,廣義相對論是如何一步步被證明的
    當它發生時，空氣逐漸變冷，光線慢慢變暗，可能鳥兒也突然安靜了下來……接著，太陽會短暫地消失在我們的視野之中。 如今，觀測日全食是非常直截了當的一件事，但一個世紀以前，情況卻遠非如此。當時，世界剛剛從第一次世界大戰中復甦，科學資源相當貧乏，攝影技術也相對原始，炎熱潮溼的天氣使儀器難以對焦，而且還有一個難以擺脫的障礙——雲。
  • 科普知識:探索宇宙暗物質與電磁波理論
    而且暗物質不止一種，初步估計少說也有上萬種。人類目前研發的對撞機，和暗物質根本不在一個檔次上，猶如在宇宙深處萬億光年的地方觀測地球上一隻小小螞蟻，徒勞無益。不過有科學家認為：探索宇宙暗物質暗能量的奧秘的關鍵所在，應該要了解電磁波理論。
  • 愛因斯坦的偉大理論背後,是一個關乎萬物的簡單思想
    但是，愛因斯坦理論中最具革命性的部分卻很少受到關注。它與引力波無關，沒有黑洞的引力，甚至沒有夸克的魅力。但隱藏在這些奇異現象背後的，是一個看似簡單的想法。它關聯一切，並照亮前方探索的道路。撰文 | K.C.
  • 暗物質和暗能量:21世紀初物理學天空的兩朵烏雲
    科技日報記者 陸成寬「像20世紀初一樣，21世紀初的物理學天空也存在兩朵烏雲，它們是暗物質和暗能量。」200多年後，愛因斯坦於1916年發表了廣義相對論，把牛頓的引力理論推廣到適用高速運動的物體。牛頓和愛因斯坦的引力理論一直被人們奉為圭臬。「然而，上世紀20年代起，越來越多的天文觀測表明，在星繫到宇宙的尺度存在一些與牛頓和愛因斯坦的引力理論不一致的現象。」陳和生說道。
  • 暗物質,暗能量?
    愛因斯坦在《論動體的電動力學》一文的前言中說：「『光以太』的引用將被證明是多餘的。」 人們從此接受了電磁場本身就是物質存在的一種形式的概念，而場可以在真空中以波的形式傳播。隨後量子力學的建立使人們認識到粒子與波實為一個硬幣的兩面。那種僅僅把波動理解為某種媒介物質的力學振動的狹隘觀點已完全被衝破 。之後「以太」被主流物理學家所拋棄。
  • 暗物質和修正引力理論 誰是解釋宇宙本質的真理
    1846年9月23 日，伽勒根據勒維耶預言，只花了一個小時，就在離勒維耶預言的位置不到1 度的地方，發現了一顆新的行星。後來這個新的行星被命名為海王星。「不可見的物質」這一理論也得到了驗證。根據牛頓萬有引力進行計算，水星的近日點進動為每世紀5557角秒但，實際觀測值為每世紀5600角秒，二者之間依舊有著一個微小卻不可忽視的差異。同樣，理論學家爭論是否需要一個新的行星來解釋這一偏差。在這種情況下，一個在水星內部的行星，代號為Vulcan的行星「出現」了。另一種理論解釋是牛頓萬有引力定律需要進行修改。
  • 愛因斯坦的偉大理論背後,是一個關乎萬物的簡單思想——對稱性
    但是，愛因斯坦理論中最具革命性的部分卻很少受到關注。它與引力波無關，沒有黑洞的引力，甚至沒有夸克的魅力。但隱藏在這些奇異現象背後的，是一個看似簡單的想法。它關聯一切，並照亮前方探索的道路。 撰文 | K.C.
  • 理論物理所在原初黑洞暗物質研究中取得進展
    宇宙學和天文學觀測表明，宇宙中存在大量的暗物質，約佔宇宙全部物質的85%。不同於其他約佔15%的普通物質，暗物質的本質依然是當前基礎物理中最大的謎團之一。儘管弱相互作用大質量粒子（WIMP）被認為是暗物質的一個重要的候選者，但是大量的實驗觀測都沒有發現它們存在的證據。相反地，它們賴以存在的理論參數空間正在被迅速壓縮。原初黑洞最早由霍金以及卡爾在上世紀七十年代初提出。