一個有吞光效應,一個不與光相互作用,黑洞與暗物質可能同質?

2021-01-18 天文同好樂園

在當代宇宙學中,黑洞作為一種特殊的天體,從理論到實際觀測都已經確證其真實存在,而它的外在表徵就是「吞光效應」。所謂「吞光效應」,說白了,就是因為其自身的引力場太過強大,強大到連光都無法逃脫,當然在可見光波段和其他電磁波段也就不可見,黑洞的「黑」字大致就是這個意思。科學家們對黑洞的研究最早可以追溯到1783年,當時英國天文學家約翰·米歇爾提出了早期牛頓版的黑洞假說,根據他的計算,當恆星的質量大到一定程度時,其巨大的引力使得光都無法從中逃逸,因而它是不可見的。

越是不可見的東西越容易激發起人們的探究之心,這可能是作為智慧生物的人類的天性。無獨有偶,作為一種不發光的、由物質凝聚而成的獨特的超強引力體,黑洞在宇宙中並不是獨一無二的,宇宙中還有一種物質同樣也不發光不可見,它就是暗物質。通過對宇宙的長期觀測和分析研究,現在的科學家們相信,在宇宙已知的物質和能量中,普通物質只佔5%,卻有27%是所謂的「暗物質」。這是一個相當令人吃驚的比例,因為這意味著構成我們身邊萬事萬物的可見的、可探測到的物質並不普通。

無論你相不相信,暗物質的確是一種物質。它在引力的作用下聚集成團,從而與正常的物質混搭在一起形成某些結構體,例如星系。然而,與我們熟悉的物質不同的是,它既不發射光,也不吸收光。而無論是肉眼還是光學望遠鏡,或者如紅外、紫外和射電望遠鏡,都是通過被發射出或是吸收的光來看到事物,但暗物質的這種特性,使得所有的利用電磁波探測的手段都無能為力,暗物質的「暗」字大致就是這個意思。

從上面對黑洞和暗物質的介紹可以看出,暗物質不釋放出可探測光線,黑洞同樣也是如此。那麼兩者之間是否存在某種不為人所知的必然聯繫?在2018年有一個外媒曾報導說,由瑞士日內瓦大學的物理學家安東尼奧·裡奧託領頭的一個研究團隊,提出了一個關於黑洞與暗物質有關聯的理論,該理論認為,暗物質是由宇宙大爆炸時誕生的原始迷你黑洞組成。而且從原則上講,所有暗物質的解釋都是基於原始黑洞的形式。

這一理論2018年3月被發表於《物理評論快報》上,然而並沒有多少人認可這種觀點。根據目前的觀測數據,暗物質在星系中無處不在,甚至可以這樣說,此刻的你我就在暗物質的海洋中暢遊。但如果暗物質是由原始黑洞構成,那麼也就意味著兩點:第一點是,這種原始黑洞壽命極長,現在依然存在,數量極多而且無處不在;第二點是,這種原始黑洞極其微小迷你,甚至比亞原子粒子還要小。

但根據霍金的黑洞理論,黑洞的質量和體積越小,壽命越短。在黑洞消亡的過程中,會產生「霍金輻射」,而這種輻射是能夠被探測到。最起碼到目前為止,除了恆星級和星系級等大質量黑洞,科學家們還從沒有發現微型黑洞存在的證據。所以,一些科學家認為黑洞和暗物質是同質的,還缺乏有說服力的理論依據和足夠的實驗依據。科學家們現在寄希望於世界上最強大的大型強子對撞機,或許能夠製造出人工微型黑洞,到那時也許能順帶揭開暗物質的謎團。不管最終如何,黑洞和暗物質本身就極為古怪,科學家有一些瘋狂的想法也在情理之中。

相關焦點

  • 宇宙中的暗物質可能是由黑洞組成的嗎?
    關於暗物質是什麼有很多爭議,但是一些缺失的物質不能包含在黑洞中嗎?一旦物質進入黑洞,它就不能被看見或測量,所以它是不可解釋的。物質一旦進入黑洞,就變的不可見,但這並不意味著無法測量它的影響。這裡引入了一些我們沒看到的東西,許多其他的宇宙學言論也暗示了暗物質的存在,令人驚訝的是,它們預測的數量差不多!重要的是要意識到,我們對暗物質的研究不僅僅告訴我們「它就在某個地方」;當我們研究一個星系時,我們了解了一些關於它內部物質總分布的信息。這意味著我們知道暗物質圍繞著星系,而不是星系中的中心物體,不像黑洞是在星系內的。
  • 「暗物質」——一個必須存在,卻又找不到的物質
    茲威基認為遙遠的星系團中有一些很獨特的物質,它們不發光、也不吸收光、也不反射光,它們似乎只通過「萬有引力」對這個世界施加影響,這些物質看不見、摸不著,但是它們有質量,它們是真實存在的,而且通過計算,這些看不見、摸不著的物質似乎比那些發光的物質還要多。
  • 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。即便暗物質和普通物質沒有這樣的相互作用,暗物質的自相互作用也可能會有一些可觀測的效應。
  • 原始黑洞可能是暗物質?
    英國著名物理學家史蒂芬·霍金提出過一個觀點:看不見的「原始」黑洞可能是隱藏的暗物質。此外,當LIGO啟動並立即開始聽到這類物體相互融合的信號時,天體物理學家就意識到,一定還有更多的黑洞潛伏在那裡,也許遠遠超過他們的想像。這些奇怪黑洞的發現給一個舊觀點注入了新的活力,近年來,這種觀點已經逐漸邊緣化。我們知道,垂死的恆星可以產生黑洞,但黑洞或許也能在宇宙大爆炸中誕生。這些「原始」黑洞可能隱藏了起來,並構成了暗物質。
  • 暗物質是由迷你原始黑洞組成?科學家是這樣解釋的
    暗物質是一種我們看不見的物質,目前人類還沒有真正在宇宙中找到暗物質,但科學家相信,暗物質是一定存在的。那暗物質是如何形成的?有科學家認為,暗物質是由宇宙大爆炸誕生的原始迷你黑洞組成。目前,依據最新研究理論表示,這些微型迷你黑洞的誕生可能與希格斯玻格色子有關。
  • 原始黑洞是否可能是暗物質?
    英國著名物理學家史蒂芬·霍金提出過一個觀點:看不見的「原始」黑洞可能是隱藏的暗物質。這一理論已經失寵了幾十年,但一系列新的研究顯示,這一理論或許可以解釋許多東西。  這些奇怪黑洞的發現給一個舊觀點注入了新的活力,近年來,這種觀點已經逐漸邊緣化。我們知道,垂死的恆星可以產生黑洞,但黑洞或許也能在宇宙大爆炸中誕生。這些「原始」黑洞可能隱藏了起來,並構成了暗物質。
  • 暗物質與黑洞都不可見,是不是同種物質?天文學家:暗物質更可怕
    在天文學中,我們常常可以見到這兩個名詞,一個名為暗物質、另一個名為黑洞,這兩個詞一暗一黑,總是給人一種很神秘的感覺,今天我就來和大家聊一聊:暗物質與黑洞到底是什麼?它們究竟是不是一類物質?其實,暗物質更加可怕。
  • 暗物質能組成生命嗎?小部分暗物質會相互作用
    以類似的方式,也許有一種暗物質粒子在引力之外的相互作用非常微弱,或者不發生相互作用,但有一小部分——也許是5%——還是會發生非引力相互作用。根據我們在常規物質世界中所看到的情況,這樣的情況可能比通常假設的相互作用非常微弱,或沒有相互作用的單個暗物質粒子更有可能出現。常規物質的許多組成部分具有不同的相互作用,並以不同的方式對世界作出貢獻。
  • 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。
  • 暗物質是由來自另一個宇宙的微小黑洞製造的嗎?
    那裡的大部分物質是由我們看不到的東西構成的;它實際上不發光,所以我們稱其為暗物質。例如,我們知道星系在星團中旋轉和移動的方式而存在。也有很多證據表明暗物質的存在。幾十年來,天文學家幾乎消除了我們所知道的一切可能是暗物質。「也許」列表上只剩下很少的東西,但是它包含了諸如軸子之類的奇異的亞原子粒子,以及黑洞。是的,黑洞。
  • 宇宙中除了黑洞和白洞,還有灰洞,有人認為類星體的核心可能是一個...
    1916年,德國天文學家卡爾·史瓦西通過計算得到了愛因斯坦引力場方程的一個真空解,這個解表明,如果將大量物質集中於空間一點,其周圍會產生奇異的現象,即在質點周圍存在一個界面——「視界」一旦進入這個界面,即使光也無法逃脫。這種「不可思議的天體」被美國物理學家約翰·阿奇博爾德·惠勒命名為「黑洞」。
  • 暗物質由大爆炸的微型黑洞組成?
    暗物質是宇宙中神秘的「額外質量」,它不會發出光,諸多特性一無所知,有可能是由宇宙大爆炸產生的原始黑洞構成嗎?這些迷微型黑洞可以感謝希格斯玻色子的誕生——至少根據一種新理論。在做了一些計算之後,物理學家意識到這一質量意味著希格斯場可能不會處於最穩定的狀態。更重要的是希格斯粒子的質量意味著在宇宙早期膨脹過程中,當物質在大爆炸後立即向外擴散時,不穩定的希格斯場就經歷了量子漲落,在這一領域的不同區域存在著不同密度的物質。根據這項新研究,這些波動使得小塊空間的密度如此之高,以至於坍縮成一個黑洞。
  • 暗物質是由大爆炸的微型黑洞組成?
    圖片:Shutterstock瑞士日內瓦大學的物理學家Antonio Riotto說:理論上所有暗物質的解釋都是基於原始黑洞的形式。然而並不是每個人都信服,一些物理學家說,這些原始黑洞不太可能解釋宇宙中所有的暗物質。希格斯玻色子是在所謂的希格斯場中產生,它在宇宙中瀰漫並給粒子質量。
  • 宇宙中的暗物質到底是什麼?大發現顛覆人類的認知
    暗物質是宇宙中可能存在的不可見物質。它可能是宇宙的主要組成部分,但它不屬於構成可見物體的任何已知物質。大量天文觀測發現,在假設暗物質存在的前提下,牛頓引力的疑似違反現象可以得到很好的解釋。現代天文學通過天體運動、引力透鏡效應、宇宙大尺度結構的形成、微波背景輻射等觀測結果表明,暗物質可能存在於許多星系、星系團和宇宙中。它的質量遠遠大於宇宙中所有可見天體的總質量。
  • 物理學家在微小的原始黑洞中尋找暗物質
    2014年11月23日晚,夏威夷的莫納克亞山(Mauna Kea)上的一臺強大的望遠鏡試圖發現一個黑洞在太空中飛行的神秘運動。在望遠鏡觀測到宇宙的七個小時裡,它可能捕捉到一顆,因為一個大約地球大小的結構使我們最近的銀河系鄰居仙女座的一顆恆星黯然失色,距離地球大約250萬光年。
  • 宇宙中的神秘暗物質到底是什麼?大發現顛覆人類的認知
    暗物質是宇宙中可能存在的不可見物質。它可能是宇宙的主要組成部分,但它不屬於構成可見物體的任何已知物質。大量天文觀測發現,在假設暗物質存在的前提下,牛頓引力的疑似違反現象可以得到很好的解釋。 現代天文學通過天體運動、引力透鏡效應、宇宙大尺度結構的形成、微波背景輻射等觀測結果表明,暗物質可能存在於許多星系、星系團和宇宙中。它的質量遠遠大於宇宙中所有可見天體的總質量。
  • 物理學家認為大爆炸中的黑洞可能是暗物質
    我們知道垂死的恆星會產生黑洞。但是也許在「大爆炸」本身期間也產生了黑洞。這種「原始」黑洞的隱藏種群可能會構成暗物質。畢竟,儘管進行了數十年的搜索,但沒有暗物質粒子顯示出來。如果我們真正需要的成分——黑洞——一直在我們的鼻子底下呢?
  • 物理學家認為大爆炸中的黑洞可能是暗物質
    如果他的結果是正確的——而且這似乎是一個仔細的計算方法——那麼,這就意味著原始黑洞值得繼續研究,"阿里-哈穆德說,"這也將意味著,事實上,它們可能是所有的暗物質。」"這令人興奮,"蘇塞克斯大學的宇宙學家克裡斯蒂安·伯恩斯(他幫助啟發了傑達姆齊克的一些論點。)說,「他比任何人都走得更遠。」
  • 超大質量黑洞重新溯源:可能與暗物質的光暈有關
    這一理念形成的基礎是認為這種輻射抑制了正常恆星的形成,釋放出的物質最終融入黑洞。但一項新的研究表明,另一種現象可能在抑制這類恆星的形成方面更為重要——即暗物質光暈的快速增長。暗物質是構成宇宙大部分物質的神秘物質(之所以如此命名,是因為它既不吸收光線,也不反射光線)。
  • 黑洞或是「暗物質」包裹的巨大「原子核」
    雖然這種相似性並不見得總有邏輯。研究天體物理的科學家中有人認為黑洞周圍存在著一種不可思議的「引力分子」,可以為我們揭示暗物質乃至時空的本質。而這個想法就來自粒子物理學中的一個概念——場。粒子物理學認為,場可以用來描述現實的本質,而且宇宙中的一切歸根結底都是場。