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宇宙创造论
宇宙中4%是物质,23%暗物质,73%暗能量.
□ 暗物质是一种特殊物质,很可能是一种不参与电磁相互作用、我们已知粒子之外的全新粒子
□ 据估算,我们所知的常规物质只占宇宙构成的4%,暗物质和暗能量分别占23%和73%
□ 揭开暗物质之谜将是继日心说、万有引力定律、相对论以及量子力学之后,人们认识自然规律的又一次重大飞跃
               
在18日举行的美国科学促进会年会上,美国麻省理工学院物理学家丁肇中领导的研究团队对外宣布,阿尔法磁谱仪发现了弱作用重粒子(WIMP)存在的证据,而WIMP就是一种暗物质的候选体。丁肇中称,将于未来两到三周发表涉及暗物质的研究论文,对这项研究的进展作详细阐述。据报道,这次研究成果在丁肇中看来是朝着人类认识暗物质方向前进的重要一步,但不是最终答案。
不管此次阿尔法磁谱仪是否发现了暗物质,各国科学家们都希望有关暗物质起源的问题能够变得更加明朗。
23%的“未知”
人类所知的常规物质只占宇宙的4%,未知领域的暗物质占据了23%
什么是暗物质?在回答这个问题以前,我们先回顾一段有趣的历史。
自从牛顿发现了万有引力定律以来,人们尝试用万有引力理论来解释太阳系的行星运动规律。尽管万有引力的解释在开始时是非常成功的,但在解释天王星运动时却无法得到令人满意的结果,天王星的运动规律和万有引力的预言有明显的差异。 ,而是在太阳系中还存在一颗当时还没有发现的行星,这颗行星的引力使得天王星的运动偏离了原来预期的轨道。根据他们的预言,,即海王星。
“由行星运动异常从而猜测到另外一颗未发现的行星的存在,非常类似今天我们关于暗物质的认识。”中科院高能物理所研究员毕效军说。
大约80年前,天文学家意外发现,一些星系团中的星系运动速度比预想中更快,光靠所看到的这些发光物质(当时人们还没发现星系团中大量存在X射线气体,它们才是星系团中普通物质的主体)所产生的引力场根本无法束缚住它们。因此,大家便猜测这些星系团中应该有种看不见的神秘物质,也一起贡献着引力,拉住了星系。
“虽然我们从来没有直接‘看到’宇宙中存在这种物质,但我们却发现了由于这种物质的引力作用对于其他可见的物质运动的影响,这就是我们断定宇宙中存在这种物质的理由。”毕效军说。
这种物质的存在,在随后几十年中,又相继被各种天文观测间接证明。
目前被广为接受的说法认为,它们是一种特殊的物质,很可能是一种不参与电磁相互作用的、我们已知的粒子(如质子、电子、中子等)之外的全新粒子。
“这种物质不发光,也就是不发出电磁波,所以看不见。于是,我们就称它为暗物质。”中科院高能物理所研究员、博士生导师张新民说,“与通常物质一样,暗物质有引力作用。这个引力效应让天文学家在宇宙空间发现暗物质占宇宙的23%,另外73%是暗能量。而组成我们身边这个世界的‘常规物质’只占4%。”
第一难题
暗物质是现代物理学的最大乌云,研究它有助于了解星系的演化和物质构成规律
虽然,人们早已经猜测到暗物质可能存在,但一直以来从未明确探测到暗物质粒子,因此,还不能确定暗物质的性质。
目前,寻找暗物质粒子、研究暗能量的物理本质、探索宇宙起源及演化的奥秘、结合粒子物理和宇宙学的研究已成为21世纪天文学和物理学发展的一个重要趋势。世界各国都在集中人力、物力和财力组织攻关,开展这一重大交叉学科的研究。
2004年8月,美国国家科学与技术委员会公开发布的物理与天文学发展战略中,列出了新世纪要解答的11个难题,排在第一位和第二位的分别是“什么是暗物质”、“暗能量的本质是什么”。
那么,探测和研究暗物质,其意义何在?
诺贝尔物理学奖获得者李政道教授曾多次指出:“暗物质是笼罩20世纪末和21世纪初现代物理学的最大乌云,它将预示着物理学的又一次革命。”
其实,很多物理学家和天文学家都开始有这样的预感:今天物理学的情况与19世纪末20世纪初诞生相对论和量子论时非常类似。
“历史经过百年轮回,人类对物质世界的认识又一次处在了十字关口,暗物质便是一个关键突破口。因此,可以这么说,揭开暗物质之谜将是继哥白尼的日心说、牛顿的万有引力定律、爱因斯坦的相对论以及量子力学之后,人们认识自然规律的又一次重大飞跃。”国家天文台研究员秦波说。
对此,张新民又做了进一步的解释。
“对于宇宙中4%的物质,即所谓的通常物质,我们已经建立了一套非常完备的理论,即所谓标准模型,进行描述。但是标准模型并不能描述宇宙中暗物质的现象。这就表明,我们对于物质的基本组元、基本结构还有待进一