八個「放大鏡」接力給暗物質暈「拍個照」的真實物理意義

2020-10-06 彭曉韜

作者：彭曉韜

日期：2020.10.06

【文章摘要】：中國科學技術館於2020年09月03日發表的《八個「放大鏡」接力給暗物質暈「拍個照」》文介紹了有關給暗物質拍照的情況，並貼出了相關的照片。那麼這些照片中的所謂暗物質暈到底是什麼物質構成的呢？它們又有哪些物理意義呢？本文就此作些分析與探討，供有興趣的朋友們參考。

一、情況簡介

來自中國科學院國家天文臺等國內外單位的研究人員，利用中國和歐洲的超級計算機，採用一項全新的多重放大模擬技術，在當前標準宇宙學模型下，首次獲得了宇宙中全尺度暗暈內部結構的清晰圖像。相關研究成果9月2日在線發表於《自然》雜誌上。

宇宙中最大質量的暗暈是包含數百個亮星系的巨型星系團，其質量大約是太陽的百萬億倍，它們的屬性已經被天文學家廣泛研究。然而，小質量的暗暈卻沒有那麼幸運。它們雖然數量極多，但是人類卻對其知之甚少。「因為它們在整個宇宙演化歷史裡一直保持『黑暗』， 我們只能依賴超級計算機通過模擬宇宙的演化來研究這些黑暗的超微暗暈。」論文作者之一、中國科學院國家天文臺研究員高亮說，「為了在整個宇宙的背景框架下研究只有太陽系大小的暗暈的內部結構，我們開發了一種全新的技術。」

研究人員耗時5年，藉助超級計算機，開發、測試模擬程序，並利用多重放大技術，成功將小質量暗暈的放大倍數跨越30個數量級。「在宇宙中一個典型區域進行的這一超級放大模擬，需要利用八個『放大鏡』接力去放大。其放大程度相當於在一張月球表面的圖片上找到一隻跳蚤。」論文第一作者兼共同通訊作者、中國科學院國家天文臺研究員王傑打了個比方。

這些超級放大的模擬使研究人員得以可靠並詳盡地研究從地球到超級星系團質量暗暈的形成、演化以及內部結構。摘自http://baijiahao.baidu.com/s?id=1676800144806475051&wfr=spider&for=pc。

二、物質發光機理及可見物質分析

根據普朗克黑體輻射公式，可以計算出不同溫度的物體所發光的頻率與強度關係以及峰值等情況，詳見下表所示：

從上表可以看出：物體溫度在2.7K時，其可見光波段內的輻射強度（表中橙色區域）小於1.57*10-247（J/Hz*m3）（因Excel計算能力限制，實際上可能在10-800（J/Hz*m3）以下）；30K時，其可見光波段內的輻射強度小於5.43*10-298（J/Hz*m3），而太陽（6353K）的可見光強度為6.08*10-8以上。由此可見，隨著物體溫度的降低，其產生的可見光強度迅速下降。30K的太陽系邊緣物質與太陽在可見光範圍內的輻射強度相差達10290倍以上，而與2.7K的所謂宇宙背景輻射源比較，則太陽在可見光範圍內的輻射強度可能高達10800倍以上！當人們以可見光來衡量物質是否可見時，這些低溫物質自然是我們所說的不可見物質，或所謂的暗物質。如果我們能用2.7K溫度對應的峰值頻率來觀測時，將會出現宇宙各自都是可見物質的正常物質了，所謂的暗物質也就不存在了。

三、宇宙背景輻射機理及物理意義

所謂的宇宙背景輻射為類似2.7K溫度的黑體輻射，在地球上觀測此輻射時表現為各向同性，也就是各個方向上強度基本相同，且比其他溫度的黑體輻射強度大得多，以至於無法採取措施進行壓制與消除。

從上表可知：2.7K溫度黑體輻射強度峰值所對應的頻率（簡稱「峰值頻率」）為1.5*1011Hz左右，其輻射強度比同頻率的太陽輻射強度小四個數量級，也就是：宇宙背景峰值輻射強度僅是太陽同頻率輻射強度的萬分之一！但客觀事實卻是：宇宙背景輻射強度遠大於同頻率的太陽輻射強度！為什麼會出現此種現象呢？這是因為普朗克黑體輻射公式是以面輻射源為基礎的，而所謂的宇宙背景輻射卻是體積型的。也就是宇宙空間各處都存在平均溫度為2.7K左右的低溫物質，它們共同產生了所謂的宇宙背景輻射。本人在二年多前以宇宙背景輻射推測：宇宙空間中，特別是星系間的廣大空域中存在著平均溫度為2.7K左右的低溫且不產生可見光的物質！本次探測結果實際上只是證實了本人的這一推斷而已。

四、本次成果的物理意義

1、暗物質只是溫度較低的不怎麼產生可見光的正常物質

由以上分析可知：所謂的暗物質或不可見物質只是溫度低的、不能或不怎麼產生可見光的物質，但它們都是正常物質，並非所謂的不參與電磁相互作用、只參與萬有引力作用的暗物質！

2、哈勃定律將不可適用

由於宇宙空間並非哈勃設想的理想真空，星光在星際空間中的傳遞將受到宇宙空間中無處不在的低溫物質的作用而成為折射光。它的頻率隨在介質中的運動距離降低就如光纖通訊中的頻散現象一樣，是由介質作用的結果，而非都卜勒效應！因此，哈勃定律自然不再適用。

3、相對論光速不變基礎動搖

由於宇宙空間無處不在的介質作用，光速不可能在任意參照系中速度恆定不變，最多只能在相對均勻介質靜止的參照系中速度恆定。因此，即使是相對論理論上正確，但也不再適用！

相關焦點

  • 八個「放大鏡」接力，給暗物質暈拍了個照
    ◎ 科技日報記者 陸成寬暗物質暈（以下簡稱「暗暈」）究竟長啥樣？來自中國科學院國家天文臺等國內外單位的研究人員，利用中國和歐洲的超級計算機，採用一項全新的多重放大模擬技術，在當前標準宇宙學模型下，首次獲得了宇宙中全尺度暗暈內部結構的清晰圖像。
  • 八個「放大鏡」接力 給暗物質暈「拍個照」
    來源：科技日報本報記者 陸成寬 暗物質暈（以下簡稱暗暈）究竟長啥樣？宇宙中約85%的物質成分是暗物質，其物質屬性與組成恆星、行星以及我們人類世界的普通物質截然不同。這些暗物質受引力影響而塌縮，形成的結構體被稱為暗暈。普通物質的氣體通過冷卻，聚集於暗暈中心，從而形成璀璨的恆星、星系以及整個光明的世界。 宇宙中最大質量的暗暈是包含數百個亮星系的巨型星系團，其質量大約是太陽的百萬億倍，它們的屬性已經被天文學家廣泛研究。
  • 八個「放大鏡」接力，給暗物質暈「拍個照」
    暗物質暈（以下簡稱暗暈）究竟長啥樣？（喻京川繪製）圖二：超級放大宇宙模擬裡暗物質密度分布示意圖：利用多重放大技術，得以在20個數量級上，解析不同質量暗暈的內部結構。
  • 八個「放大鏡」接力「拍」出清晰圖像
    圖二：超級放大宇宙模擬裡暗物質密度分布示意圖：利用多重放大技術，得以在20個數量級上，解析不同質量暗暈的內部結構。圖中展示的是其中的兩次放大過程。「在宇宙中一個典型區域進行的這一超級放大模擬，需要利用八個『放大鏡』接力去放大。其放大程度相當於在一張月球表面的圖片找到上面的一隻跳蚤。想想如何逐次去配置每一個新的『放大鏡』使新獲得的圖像和原來的一樣精確清晰就對我們模擬原初條件的精度和程序的精確度和可靠度提出了巨大的挑戰。這一挑戰是我們整個領域都從未遇到過的，也是我們從業以來所遇到的最艱難的一次。」
  • 八次接力超級放大，如同月面上找只跳蚤！中外天文學家攜手全尺度解析暗物質暈內部結構
    （喻京川繪製）宇宙中約85%的物質成分是暗物質，其物質屬性與組成恆星、行星以及我們人類世界的普通物質截然不同。這些暗物質受引力塌縮，形成的結構體則被稱為暗暈。而普通物質的氣體通過冷卻、聚集於暗暈中心，從而形成璀璨的恆星、星系，以及整個光明的世界。宇宙中最大質量的暗暈是包含數百個亮星系的巨型星系團，其質量大約是太陽的百萬億倍，它們的屬性已經廣泛的被天文學家研究了。
  • 聽說過暗物質，知道暗暈啥樣嗎？
    提起暗物質很多人並不陌生，不過，你知道暗物質暈長啥樣嗎？北京時間2020年9月3日凌晨，國際科學期刊《自然》發布了國家天文臺王傑研究員領銜的國際研究團隊的一項重要理論發現。（喻京川繪製）宇宙中約85％的物質成分是暗物質，其物質屬性和組成恆星、行星以及我們人類世界的普通物質截然不同。這些暗物質受引力塌縮，形成的結構體則被稱為暗暈。而普通物質的氣體通過冷卻、聚集於暗暈中心，從而形成璀璨的恆星，星系以及整個光明的世界。
  • 宇宙全尺度暗物質暈有了清晰照片
    科技日報記者 陸成寬暗物質暈（以下簡稱暗暈）究竟長啥樣？（喻京川繪製）宇宙中約85%的物質成分是暗物質，其物質屬性與組成恆星、行星以及我們人類世界的普通物質截然不同。這些暗物質受引力影響而塌縮，形成的結構體被稱為暗暈。普通物質的氣體通過冷卻，聚集於暗暈中心，從而形成璀璨的恆星、星系以及整個光明的世界。宇宙中最大質量的暗暈是包含數百個亮星系的巨型星系團，其質量大約是太陽的百萬億倍，它們的屬性已經被天文學家廣泛研究。
  • 8個「放大鏡」接力模擬出清晰圖像
    研究人員耗時5年，藉助超級計算機，獲得了從類似地球質量大小到巨型星系團大小的暗暈的清晰圖像，跨越20個數量級。論文第一作者兼共同通訊作者、中國科學院國家天文臺研究員王傑介紹，在宇宙中一個典型區域進行這一超級放大模擬，需要利用8個「放大鏡」接力去放大，其放大程度相當於在一張月球表面的圖片上找到一隻跳蚤。暗暈即暗物質暈。
  • 你見過暗物質暈嗎
    宇宙中，約85%的物質成分是暗物質，其物質屬性與組成恆星、行星以及人類世界的普通物質截然不同。這些暗物質受引力塌縮形成的結構體，被稱為暗暈。普通物質的氣體通過冷卻、聚集於暗暈中心，從而形成璀璨的恆星、星系以及整個光明的世界。宇宙中，最大質量暗暈是包含數百個亮星系的巨型星系團，其質量約為太陽的百萬億倍，屬性已被天文學家廣泛研究。
  • Hey，你見過暗物質暈嗎？
    （喻京川繪製）宇宙中約85%的物質成分是暗物質，它們的物質屬性和組成跟人類世界的普通物質截然不同。這些暗物質受引力塌縮，形成的結構體則被稱為暗物質暈（簡稱暗暈）。中科院國家天文臺研究員高亮說，「為了在整個宇宙的背景框架下研究只有太陽系大小暗暈的內部結構，我們需要開發一種全新的技術。」因此，來自中國、德國、英國和美國的國際研究團隊耗時5年，開發、測試模擬程序，並在中國廣州天河2，英國杜倫大學COSMA，以及德國慕尼黑的超級計算機上完成運行了一系列超級放大宇宙模擬，最終使得質量放大倍數跨越了30個數量級，也即一百萬億億億倍。
  • 放大一百萬億億億倍去看宇宙最小的暗物質暈
    根據現代宇宙學模型，宇宙中約85%的物質成分是暗物質，它的物質屬性和組成恆星、行星以及我們人類世界的普通物質截然不同。暗物質受引力塌縮，形成的結構體被稱為暗暈。為了揭開這一奧秘，來自中國、英國、德國和美國的國際研究團隊耗時5年，開發、測試模擬程序，並運行了一系列放大宇宙的超級模擬，質量放大倍數跨越30個數量級，也即一百萬億億億倍。這就意味著要對宇宙中一個典型區域裡的這些小暗暈進行模擬，需要利用八個放大鏡去接力放大，而放大程度相當於在一張月球表面的圖片上尋找一隻跳蚤。
  • 從地球質量大小到超級星系團質量大小 科學家全尺度模擬暗物質暈...
    研究認為，宇宙中物質成分的約85%是暗物質。這些暗物質在引力作用下塌縮成團，被稱為暗暈。暗物質雖然無法被觀測到，但暗暈卻是孕育光明世界的「搖籃」——普通物質的氣體通過冷卻、聚集於暗暈中心，從而形成璀璨的恆星，星系以及整個我們所能觀測到的光明的世界。　　宇宙中最大質量的暗暈是包含數百個亮星系的巨型星系團，其質量大約是太陽的百萬億倍；最小的暗暈質量可能和地球相當。
  • 宇宙裡最小的暗物質暈長什麼樣？放大一百萬億億億倍看看
    根據現代宇宙學模型，宇宙中約85%的物質成分是暗物質，它的物質屬性和組成恆星、行星以及我們人類世界的普通物質截然不同。暗物質受引力塌縮，形成的結構體被稱為暗暈。根據暗物質屬性模型推測，宇宙中最小的暗暈質量可能和地球相當。小質量暗暈和大質量暗暈有何區別？為了揭開這一奧秘，來自中國、英國、德國和美國的國際研究團隊耗時5年，開發、測試模擬程序，並運行了一系列放大宇宙的超級模擬，質量放大倍數跨越30個數量級，也即一百萬億億億倍。
  • 宇宙裡最小的暗物質暈長什麼樣?放大一百萬億億億倍看看
    根據現代宇宙學模型，宇宙中約85%的物質成分是暗物質，它的物質屬性和組成恆星、行星以及我們人類世界的普通物質截然不同。暗物質受引力塌縮，形成的結構體被稱為暗暈。&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp最大質量的暗暈是包含了由數百個亮星系組成的巨型星系團，其質量約是百萬億倍的太陽，它們的屬性已經廣泛地被天文學家研究。
  • 用了8個"放大鏡"
    研究人員耗時5年，藉助超級計算機，獲得了從類似地球質量大小到巨型星系團大小的暗暈的清晰圖像，跨越20個數量級。論文第一作者兼共同通訊作者、中國科學院國家天文臺研究員王傑介紹，在宇宙中一個典型區域進行這一超級放大模擬，需要利用8個「放大鏡」接力去放大，其放大程度相當於在一張月球表面的圖片上找到一隻跳蚤。暗暈即暗物質暈。
  • 中國科學院國家天文臺研究人員首次獲得宇宙中全尺度暗物質暈內部結構清晰圖像
    他們利用中國和歐洲的超級計算機，採用一項全新的多重放大模擬技術，在當前標準宇宙學模型下，首次獲得了宇宙中從最小的類似地球質量大小到具有最大質量的超級星系團（跨越20個數量級）的暗暈內部結構的清晰圖像。宇宙中約85%的物質成分是暗物質，其物質屬性和組成恆星、行星以及我們人類世界的普通物質截然不同。這些暗物質受引力塌縮，形成的結構體則被稱為暗暈。
  • 如同在月球照片上找到一隻跳蚤，科學家在超算中讓暗物質「現形」
    (暗暈)內部結構的清晰圖像，全尺度解析了暗物質暈的內部結構。，太小的暗物質暈中無法形成可見物質，所以對於那些小於太陽百萬倍的暗暈，它們在整個宇宙演化歷史中，一直到今天都一直保持著「黑暗」，而且天文學家認為這樣的暗物質暈數量極多，目前我們對其所知甚少，而且模型推演認為宇宙中最小的暗物質暈總質量只像地球這麼大。
  • 見過「暗暈」嗎？宇宙「超級小矮人」現身
    作者 | 丁佳宇宙中約85%的物質成分是暗物質，其物質屬性和組成與人類世界的普通物質截然不同。這些暗物質受引力塌縮，形成的結構體則被稱為暗物質暈（簡稱暗暈）。論文共同作者、杜倫大學教授Carlos Frenk說：「在宇宙中一個典型區域進行的這一超級放大模擬，需要利用8個『放大鏡』來接力，其難度相當於在一張月球表面的圖片上找到一隻跳蚤。這一挑戰是我們整個領域都從未遇到過的，也是我們從業以來所遇到的最艱難的一次。」這些超級放大的模擬，使該團隊得以可靠並詳盡地研究從地球到超級星系團質量暗暈的形成、演化以及內部結構。
  • 暗物質秘密被揭開!科學家公布暗物質暈內部結構!
    可以說，暗物質才是我們宇宙的主要組成部分，與之相反，我們的可見物質則要稀少得多。暗物質的作用首先暗物質的作用之一便是維持星系的穩定性！如同上文所言，星系中存在大量暗物質，根據科學家的推算，一般而言，星系中暗物質的質量大約是可見物質的5倍以上，正是由於如此多的暗物質，才出現了一個個穩定的星系。
  • 暗物質暈（暗暈）是什麼，究竟長啥樣？
    宇宙中約有85％的物質是暗物質，其物質性質與構成恆星，行星和人類世界的普通物質完全不同。這些暗物質在重力的作用下坍塌，所得結構稱為暗暈。通過冷卻，普通物質的氣體聚集在黑暗光暈的中心，形成明亮的恆星，星系和整個明亮的世界。宇宙中最大的暗暈是一個巨大的星系團，其中包含數百個明亮的星系。它的質量大約是太陽的一萬億倍。天文學家對它們的性質進行了廣泛的研究。