美媒盤點有關暗物質的十一大未解之謎
2023-03-31 09:02:21
美國趣味科學網站3月10日刊文盤點了有關暗物質的11個未解之題，全文摘編如下：
在20世紀30年代，一位名叫弗裡茨·茨維基的瑞士天文學家注意到，在一個遙遠的星團中，對應其可見質量，星系相互環繞運行的速度比它們應有的速度要快得多。他提出，一種看不見的物質——他稱之為暗物質——或許在引力上牽引著這些星系。
自那以後，研討人員現已證明，或許能在整個國際中發現這種奧秘物質，其豐厚程度或許是與構成恆星和人類等一般事物的正常物質的六倍。但是，雖然在整個國際中都或許存在暗物質，但科學家們大多仍對此感到困擾。以下是有關暗物質的11個未解的問題。
什麼是暗物質？
首要，或許也是最令人費解的是，研討人員仍不確定暗物質到底是什麼。開始，一些科學家估測，國際中的缺少質量（或無蹤質量）是由小的暗星和黑洞構成的，雖然詳細的觀測成果並未發現根本上足夠的此類天體來說明暗物質的影響，就如美國能源部費米國立加速器試驗室的物理學家唐·林肯此前為本網站撰稿所寫的那樣。林肯寫道，目前暗物質的首要競爭者是被稱為「大質量弱相互效果粒子」（WIMPs）的假定粒子，WIMPs的運行方法有點像中子，除了其質量為質子的10至100倍。但是，這種估測只會帶來更多問題。
咱們能勘探到暗物質？
假如暗物質是由WIMPs構成的，那麼它們應該在咱們周圍，看不見，而且幾乎察覺不到。那麼，咱們為什麼還沒有發現任何暗物質呢？雖然它們不會與一般物質有太多相互效果，但暗物質粒子在空間中穿行時，總是有暗物質粒子或許與中子或電子等一般粒子磕碰的微小機會。因而，研討人員現已樹立一個又一個試驗，在深層地下研討許多一般粒子，在深層地下，它們能夠免受幹擾輻射的影響，能夠模仿暗物質粒子磕碰。
經過數十年的探尋，這些勘探器中沒有一個得到可信的發現。今年早些時分，中國的粒子和天體物理氙勘探器（PandaX）試驗報告了最新的未發現WIMPs的成果。加利福尼亞大學裡弗賽德分校物理學家於海波（音）其時在承受採訪時說，好像暗物質粒子比WIMPs小得多，或許缺少令它們易於研討的性質。
暗物質由多少粒子構成？
一般物質由質子、電子等一般粒子以及中微子、μ子等獨特粒子組成。因而，一些研討人員想知道暗物質的構成是否也相同複雜。哈佛大學的物理學家安德雷·卡茨在承受美國太空網站記者採訪時說：「沒有充分的理由以為國際中的所有暗物質都是由一種粒子構成的。」卡茨說，暗質子或許與暗電子結合，生成暗原子，構成與在可見國際中發現的相同豐厚有趣的結構。雖然這樣的設想在物理試驗室中被越來越多地提出，但目前為止，科學家們仍難以找到一種方法去證明或否定它們。
暗力氣存在麼？
除了額外的粒子，暗物質還有或許經歷類似於一般物質所感受到的力。一些研討人員現已在尋覓「暗光子」，這就像一般粒子之間交流光子並發生電磁力，不同之處在於只有暗物質粒子才能感受到它們。據此前報導，義大利的物理學家準備令一個電子束及其反粒子（也就是正電子）磕碰一顆鑽石。假如暗光子確實存在，那麼電子-正電子就或許毀滅並發生一種獨特的帶有力的粒子，有或許拓荒國際的一個全新領域。
暗物質由軸子構成？
隨著物理學家越來越不再喜歡WIMPs，其他暗物質粒子正在開始取得喜愛。首要的替代品之一是一種被稱為軸子的假定粒子，這種假定粒子的質量將是極輕的。軸子現在正在一些試驗中被搜索。最近的計算機模仿現已提出這樣一種或許性，即這些「軸子」或許構成星狀天體，這或許發生可勘探到的輻射，與被稱為快速射電暴的奧秘現象類似。
暗物質有什麼屬性？
天文學家通過暗物質與一般物質的引力相互效果發現了暗物質，這表明這是暗物質令其自身在國際中的存在為人所知的首要方法。但在企圖了解暗物質的實在性質時，研討人員幾乎沒有什麼進展。依據一些理論，暗物質粒子應該是它們自己的反粒子，這意味著兩個暗物質粒子在相遇時會湮滅。國際空間站上的阿爾法磁譜儀（AMS）試驗自2011年以來就一向在尋覓這種痕跡，而且已勘探到不計其數次活動。科學家們仍不確定這些活動是否來自暗物質，而且這種信號也沒有協助他們確定暗物質到底是什麼。
暗物質存在於每個星系？
由於暗物質的質量遠遠超越一般物質的質量，暗物質一般被說成是安排星系以及星團等大型結構的操控力氣。因而，當今年早些時分，天文學家們宣布發現了一個名為NGC 1052-DF2的星系，這個星系好像幾乎不包括任何暗物質的時分，是很奇怪的。耶魯大學的彼得·范多克姆在承受太空網站的記者採訪時說：「暗物質明顯並非構成一個星系的必要條件。」但是，在夏日，另一個團隊的分析報告稱，範多克姆的團隊在測量到那個星系的距離時存在誤測，這意味著那個星系的可見物質比開始的發現要暗淡且輕得多，同此前所以為的比較，那個星系的更多質量在暗物質中。
DAMA/LIBRA試驗有何成果？
粒子物理學中一個長期以來的謎團是歐洲DAMA/LIBRA試驗令人困惑的成果。這個位於義大利的勘探器一向在尋覓暗物質粒子的周期震動。自1997年以來，DAMA/LIBRA稱看到了這種信號，雖然沒有其他試驗看到過這樣的信號。
暗物質或許有電荷麼？
一些物理學家提出，暗物質或許有電荷。在國際初期、大爆炸之後僅18000萬年，恆星宣布波長為21釐米的輻射。然後，這被一起存在的冷氫吸收。當今年2月勘探到這種輻射時，發現冷氫比科學家預測的要冷得多。哈佛大學的天體物理學家朱利安·穆奧斯其時在承受採訪時假定說，帶有電荷的暗物質或許會從無處不在的氫中吸走熱量，有點像浮在檸檬水中的冰塊。但這一估測沒有得到證明。
中子能衰變為暗物質？
中子是壽命有限的一般物質粒子。在大約14分半鐘後，脫離了原子的一個獨自的中子將衰變為一個質子、一個電子和一個中微子。但依據美國《物理評論快報》周刊上一年7月的一篇研討論文援引的試驗顯現，兩種不同的試驗設備將令這種衰變的時刻略有不同，大約相差9秒。今年早些時分物理學家提出，假如一些中子能在百分之一的時刻裡衰變為暗物質粒子，那麼就或許解說這種異常現象。新墨西哥洛斯阿拉莫斯國家試驗室的克里斯多福·莫裡斯及其團隊對中子進行監測，以尋覓或許是暗物質的信號，但無法勘探到任何成果。據這項研討稱，他們以為，其他衰變情況或許仍有或許。
暗物質真的存在麼？
考慮到科學家在企圖勘探和解說暗物質時所面臨的困難，一個通情理的提問者或許會想，是否這一切都是錯的。許多年來，少數直言不諱的物理學家一向建議這樣一種主意，即咱們的引力理論或許是過錯的，而且這種根本力在大數量級尺度上效果的方法和咱們所預期的不同。一般被稱為批改牛頓引力理論（MOND）的看法以為，暗物質並不存在，恆星和星系以超快的速度環繞彼此旋轉是引力以令人意外的方法效果的成果。物理學家唐·林肯對美國趣味科學網站解說說：「暗物質仍然是一個未經證明的模型。」但是，這些人沒有令更多人信服他們的主意。此外，最新的依據也表明暗物質是真實存在的。
