科學家又為暗物質起爭執?它到底有什麼獨特魅力?細說它的重要性

2020-12-04 小勵精彩影視片段

本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。

作者:勵生

為了證實暗物質的存在性,科學家提出,先找到構成暗物質的基本粒子,如果我們能夠發現是哪一種粒子構成暗物質,那麼對於證實暗物質的存在會有很大的幫助。

而目前,對於構成暗物質的基本粒子是什麼?還存在爭議,但安娜堡分校的天體物理學家班傑明·薩夫迪則認為,惰性中微子或許是這種粒子,而且,他還曾公開表示,惰性中微子或將終結關於討論暗物質構成粒子的爭議。

這番豪言說出去以後,竟然獲得了萊頓大學的天體粒子理論家阿列克謝·博亞爾斯基的認可,因為這個小插曲,竟然讓兩人惺惺相惜,引為好友。本以為,這兩位科學家會為世人帶來關於暗物質的好消息,但沒想到的是,這兩人竟然因為暗物質而再起爭端。

說起爭執的起源,是因為薩夫迪及其團隊在《科學》雜誌上發表了一篇關於天文觀測的研究分析,其中所提到的內容似乎是推翻了過去自己的定論(認為惰性中微子是暗物質構成的基本粒子),這種態度的轉變讓博亞爾斯基有些措手不及,原本認為兩人是要一起去尋找暗物質的,結果這位好友(薩夫迪)竟然中途改變主意。

而博亞爾斯基為了堅持己見,也撰寫了一篇文章,其中提到了薩夫迪所發表的天文觀測文章存在一些漏洞,原本,博亞爾斯基是想讓更多的人意識到薩夫迪的錯誤,但沒想到,他所投出去的稿子竟然被退了回來,原因竟然是不夠有趣。博亞爾斯基並沒有因此氣餒,他將這篇文章再次投給《科學》雜誌,期望能夠獲得認可,但目前仍沒有回音。

在這一場爭論中,博亞爾斯基和薩夫迪雖然沒有分出誰對誰錯,但其實,不僅僅是這兩位科學家,從暗物質被提出到現在,有很多科學家都因此發生爭議,最終都不了了之,原因都是因為對於暗物質的了解不過全面。

聰明的科學家都難以理解這種物質,那麼,作為普通人的我們對於這種物質,可能更疑惑。那麼暗物質究竟是什麼呢?

從字面上的意思來講,暗物質就是一種存在於宇宙中,但又不可見的物質,而且們這種物質據說還是宇宙的主要組成部分,如果把宇宙的物質質量總和製作成一個數據圖,那麼,宇宙中可見的物質,也就是我們在地球所看到的一切,包括地球、太陽以及宇宙中所有天體,都只不過是宇宙全部物質質量總和的10-15%,換句話說,暗物質才是我們最應該探索研究的方向,我們只有發現了它們,才算是真的探索宇宙。

暗物質是否真的存在呢?

其實,關於暗物質的存在,很多科學家都是贊同的,因為,他們在通過研究各星系的時候,會發現它們的總質量根本不能支撐它們在高速旋轉的時候保持星系的穩定性,所以,科學家認為,在宇宙中、在每個星系中都有看不見的暗物質在支撐著星系進行高速旋轉運動。

不過,由於暗物質是看不見的,所以,要想發現它們,還需要一些手段。上文提到的發現暗物質基本粒子是一種證實暗物質存在的方法,但除了這種方式以外,暗物質也可以通過精密的實驗儀器找到,目前,在科學界中,探測暗物質共有3種手段。

第一種是直接探測,也就是探測暗物質粒子和探測器中的物質的相互作用,只要暗物質是由微觀粒子組成,那麼當它們穿過地球的時候,就很有可能會撞擊到實驗儀器中的原子核,我們只要看看這原子核的變化,就能了解到暗物質是否存在。

第二種是間接探測,這種方式是放棄主動尋找暗物質,而是進而轉向發現那些由暗物質衰變或湮滅的常規基本粒子,如果,我們發現到這些粒子,也能證明暗物質是存在的。例如,科學家會尋找伽馬射線、正負電子、中微子等粒子。

最後一種是對撞機探測,這種探測方式和上面兩種探測方式有很大不同,前兩種主要是尋找暗物質,而這種探測方式則是產生暗物質,科學家認為,在高能粒子的對撞實驗中,可能會產生出暗物質,如果,在對撞試驗中發現有粒子能量減少,但又發現不出它們去哪兒了,就可以說明是產生了暗物質。

目前,這三種方式有時會疊加使用,這樣可以增強探測暗物質的準確性和真實性,但是,想要發現暗物質,並非易事,還要耐心等候才行。

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    宇宙的成分不光只有我們現在所知的這些物質存在,宇宙中有一種非常重要的組成物質我們依然不知其真面目,那就是暗物質。暗物質在許多科幻電影或者是其他作品裡,都是非常神奇的物質,能夠用來做許多的事,但事實上,暗物質是什麼,是怎麼樣的,根本就沒有人知道,因為還沒有辦法直接看到這種物質的狀態,那麼暗物質到底是什麼呢?又是如何發現的?暗物質的提出其實是因為一件非常重要的物理學大事件,這次事件就是關於星系的旋轉問題。
  • 暗物質是什麼?天文學家是如何發現它的?
    暗物質、暗能量是當前天文學研究中的難題,難就難在雖然科學家隱約的知道它們的存在,但是到現在為止還沒有探測到它,所以還無法真正的研究它們,只能是根據觀測結果間接地研究它們,猜測組成它們的粒子究竟是什麼?發現暗物質之旅既然稱它是暗物質,這說明它應該是物質,既然是物質,必然產生引力,既然是物質,那就應該有組成粒子吧,既然是有組成粒子的,那麼按照物理學研究的過程來看,就得需要知道粒子的產生與衰變的方式,也就是說要知道粒子的特徵吧,如果連這些都不知道,那就還只是猜測而已,對於暗物質其實就是這麼回事,還是猜測
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    目前,我們並不知道為什麼會有這場大爆炸。當然,按照宇宙學和量子力學,科學家認為這場大爆炸來自於量子真空(假真空)的量子能量擾動(量子漲落)。當然,目前這還只是猜測,某種程度上看,我們也很難驗證這個說法到底對不對。宇宙大爆炸之後,宇宙處於一種純能量的狀態,當時宇宙內有大量的高能電磁波(光子)。光子和光子如果對撞,就會發生反應。
  • 暗物質究竟是什麼?科學家們為此發生了一次有意思的爭執
    暗物質。與普通的中微子不同,這種物質質量較大,它不能與原子核發生弱相互作用,而只能與普通中微子發生相互作用。它們的相互作用來自於一種叫中微子混合的過程,即普通中微子變形為惰性中微子的過程。關於中微子大家可以參考筆者早些發布的文章:
  • 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?
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    所謂陽春白雪,就是科學界那些科學家大神們,下裡巴人當然是指我等吃瓜群眾了。科學界現在也是公說公有理,婆說婆有理,甚至我今天還看到一個說法,說是有一位科學大神~哥倫比亞大學天體生物學主任Caleb Scharf說,暗物質有可能是外星文明體弄出來的玩意,甚至很可能就是外星文明體本身。這當然是扯淡。
  • 如果暗物質真的存在,那它究竟是什麼?科學家們這麼解釋
    科學家在研究宇宙學的問題時發現,如果宇宙中的全部物質都是發光物質(恆星、星系等)的話,許多現象的理論推測與實際觀測不符合。因此,為了解決這一難題,科學家們便假設宇宙中存在著我們用光學手段探測不到的、但卻可以參與引力作用的未知的物質,且這種物質的質量遠遠多於我們現在觀測到的發光物質的質量,科學家們把這種物質叫做暗物質,英語叫Dark matter。
  • 「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。
  • 科學家發現一個無暗物質星系 或顛覆暗物質定義
    研究負責人表示,這種現象雖然不能顛覆科學家對星系形成的理解,但完全可以改變天體物理學家對暗物質的定義。迄今為止物理學家還不太了解暗物質。對於暗物質是由什麼組成的、單一粒子有多重,或者說暗物質是如何形成的,物理學界尚無定論。也沒有人能夠在地球上捕捉到暗物質粒子。但是經過30多年的天文觀測,大多數研究人員都認同的事實是:宇宙中有很多暗物質。
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