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暗物质和暗能量或是新世纪科学不解之谜/图

来源: 作者: 时间:2013-11-05

21世纪最大的科学之谜是暗物质和暗能量,李政道博士说:这将会导致新的物理学和天文学的革命高扬科学、理性、智信的弘法旗帜,传播哲学、科学思想,学习、包容人类一切文明的积极合理的智慧成果,为探索宇宙人生永恒的真理而努力前行.

  (宇宙的命运不是操纵在上帝手中,而是操纵在人类尚不了知的暗物质暗能量手中。对它的研究和理论的创立必将导致未来物理学、天文学的一场伟大的革命,也将导致人类认识宇宙观念的重大变革。李政道)

  21世纪初科学最大的谜是暗物质和暗能量。它们的存在,向全世界年轻的科学家提出了挑战。暗物质存在于人类已知的物质之外,人们目前知道它的存在,但不知道它是什么,它的构成也和人类已知的物质不同。在宇宙中,人类已知物质仅占暗物质的3— 5% 。暗能量更是奇怪,以人类已知的核反应为例,反应前后的物质有少量的质量差,(E=Mc*c)这个差异转化成了巨大的能量。暗能量却可以使物质的质量全部消失,完全转化为能量。

  宇宙之外可能有很多宇宙围绕暗物质和暗能量,李政道阐述了他最近发表文章探讨的观点。他提出;天外有天;,指出;因为暗能量,我们的宇宙之外可能有很多的宇宙;,;我们的宇宙在加速地膨胀;且;核能也许可以和宇宙中的暗能量相变相连;。暗物质是谁最先发现的呢?爱因斯坦根据他的相对论得出推论:宇宙的形状取决于宇宙质量的多少。他认为,宇宙是有限封闭的。如果是这样,宇宙中物质的平均密度必须达到每立方厘米5×10的负30次方克。但是,迄今可观测到的宇宙的密度,却比这个值小100倍。也就是说,宇宙中的大多数物质;失踪;了,科学家将这种;失踪;的物质叫;暗物质;。一些星体演化到一定阶段,温度降得很低,已经不能再输出任何可以观测的电磁信号,不可能被直接观测到,这样的星体就会表现为暗物质。这类暗物质可以称为重子物质的暗物质。还有另一类暗物质,它的构成成分是一些带中性的有静止质量的稳定粒子。这类粒子组成的星体或星际物质,不会放出或吸收电磁信号。这类暗物质可以称为非重子 物质的暗物质。

  星系团(上半图)和MS2137.3-2353星系团(下半图),距离我们约有20亿光年远。上图右半方的影像,是哈勃 拍摄的假色照片,而相对应的左半方影像,是由钱卓拉X射线观测站所拍摄的X射线影像。虽然哈勃望远镜的影像中,可以看到数量众多的星系,但在X射线影像 里,这些星系的踪影却无处可寻,只见到一团温度有数百万度,而且会辐射出X射线的炽热星系团云气。除了表面上的差异外,这些观测其实还含有更重大的谜团呢。因为右方影像中星系的总质量加上左方云气的质量,它们所产生的重力,并不足以让这团炽热云气乖乖地留在星系团之内。事实上再怎么细算,这些质量只有;必要质量;的百分之十三而已!在右方哈伯望远镜的深场影像里,重力透镜效应影像也指出造成这些幻像所需要的质量,大于哈勃望远镜和钱卓拉观测站所直接看到的。天文学家认为,星系团内大部分的物质,是连这些灵敏的太空望远镜也看不到的; 暗物质;。

1930年初,瑞士天文学家兹威基发表了一个惊人结果:在星系团中,看得见的星系只占总质量的1/300以下,而99%以上的质量是看不见的。不过,兹威基的结果许多人并不相信。直到1978年才出现第一个令人信服的证据,这就是测量物体围绕星系转动的速度。我们知道,根据人造卫星运行的速度和高度,就可 以测出地球的总质量。根据地球绕太阳运行的速度和地球与太阳的距离,就可以测出太阳的总质量。同理,根据物体(星体或气团)围绕星系运行的速度和该物体距 星系中心的距离,就可以估算出星系范围内的总质量。这样计算的结果发现,星系的总质量远大于星系中可见星体的质量总和。结论似乎只能是:星系里必有看不见的暗物质。那么,暗物质有多少呢?根据推算,暗物质占宇宙物质总量的20—30%才合适。

  天文学的观测表明,宇宙中有大量的暗物质,特别是存在大量的非重子物质的暗物质。据天文学观测估计,宇宙的总质量中,重子物质约占2%,也就是说,宇宙中 可观测到的各种星际物质、星体、恒星、星团、星云、类星体、星系等的总和只占宇宙总质量的2%,98%的物质还没有被直接观测到。在宇宙中非重子物质的暗 物质当中,冷暗物质约占70%,热暗物质约占30%。

  标准模型给出的62种粒子中,能够稳定地独立存在的粒子只有12种,它们是电子、正电子、质子、反质子、光子、3种中微子、3种反中微子和引力子。这12种稳定粒子中,电子、正电子、质子、反质子是带电的,不能是暗物质粒子,光子和引力子的静止质量是零,也不能是暗物质粒子。因此,在标准模型给出的62种粒子中,有可能是暗物质粒子的只有3种中微子和3种反中微子。 20世纪80年代初期,美国天文学家艾伦森发现,距我们30万光年的天龙座矮星系中,许多碳星(巨大的红星)周围存在着稳定的暗物质,即这些暗物质受到严格的束缚。高能热粒子和能量适中的暖粒子是难以束缚住的,它们会到处乱窜,只有运行很慢的;冷粒子;才能束缚住。物理学家认为那是;轴子;,它是一种非常稳定的冷;微子,质量只有电子质量的数百万分之一。这就是暗物质的轴子模型。

  轴子模型是否成立,最终得由实验裁决。最近,还有人提出,暗物质可能是一种称做;宇宙弦;的弦状物质,它产生于大爆炸后的一秒期间内,直径为1万亿亿亿分之一厘米,质量密度大得惊人,每寸长约1亿亿吨。这种理论是否成立,同样有待科学家进一步研究。

  为探索暗物质的秘密,世界各国的粒子物理学家正在这个领域努力工作,相信揭开暗物质神秘面纱的那一天不会太遥远了.

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