正在阅读:暗物质和暗能量 物理学天空这两朵乌云何时才能消散
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

暗物质和暗能量 物理学天空这两朵乌云何时才能消散

来源:科技日报2019-11-14 13:10

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  “像20世纪初一样,21世纪初的物理学天空也存在两朵乌云,它们是暗物质和暗能量。”近日,中国科学院院士、中国科学院高能物理研究所原所长陈和生在2019年国际暗物质日北京地区活动上如此感慨。

  出现与引力理论不一致现象

  1687年,牛顿在《自然哲学的数学原理》中提出了物质间的万有引力定律。200多年后,爱因斯坦于1916年发表了广义相对论,把牛顿的引力理论推广到适用高速运动的物体。牛顿和爱因斯坦的引力理论一直被人们奉为圭臬。

  “然而,上世纪20年代起,越来越多的天文观测表明,在星系到宇宙的尺度存在一些与牛顿和爱因斯坦的引力理论不一致的现象。”陈和生说道。

  天文学家观测发现,旋涡星系的旋转曲线并没有按引力理论预言的那样,在星系的发光区域以外迅速下降,而是平缓地延伸。在银河系所有的星球都绕银心转动,根据牛顿的万有引力,太阳转动的速度和银河系的质量以及太阳离银心的距离直接相关,可以推出太阳的转动速度为每秒170千米,但是实际测量的结果却是每秒220千米—250千米。

  究竟是什么致使引力理论失灵了呢?宇宙中还存在我们不知道的神秘魅影?

  对宇宙中95%物质一无所知

  为了解释这种现象,科学家推断旋涡星系里必定有我们看不见的暗物质。还有很多其他的天文观测证据也表明有暗物质存在。宇宙微波背景辐射观测实验的结果给出了暗物质在宇宙物质总量的比例。在宇宙中,普通物质只占4.9%,暗物质占到26.8%,暗能量占到68.3%。

  “这个结果是相当惊人的。粒子物理的基本理论‘标准模型’正确地解释了几乎所有的实验现象,20世纪60年代以来,与之相关的研究获得了18次诺贝尔物理学奖。但这个成功的理论只能解释宇宙中不到5%的物质,而对剩下的95%一无所知,我们成了井底之蛙。”陈和生说。

  那么,我们一无所知的暗物质到底是什么?物理学家还不知道。他们猜测,暗物质是一种具有弱相互作用的重粒子,它比氢原子要重几百倍甚至几千倍。

  对于这种既看不见也摸不着的暗物质,科学家们正在努力寻找它们。“暗物质寻找是近三十年国际粒子物理实验的热点之一,主要通过三类实验来寻找暗物质粒子。”陈和生告诉记者。

  三类实验正在搜寻暗物质粒子

  第一种类实验是在超高能对撞机上产生暗物质候选粒子,在欧洲的大型强子对撞机上有很多科学家从事这样的工作,其中包括很多来自中国科研院所和高校的科学家。

  “‘对撞’只是一种寻找暗物质的方法,科学家还在‘上天’‘入地’寻找暗物质。所谓‘上天’,就是在外层空间间接探测暗物质,暗物质粒子可能会湮灭,产生普通物质对,如正负电子对。可以通过测量宇宙线正电子来寻找暗物质,比如华人诺奖获得者丁肇中先生领导的阿尔法磁谱仪实验;也可以通过测量宇宙线电子加正电子来寻找暗物质,比如我国的‘悟空’卫星实验。”陈和生说道。

  而“入地”寻找暗物质,则是通过深地实验直接探测暗物质粒子。暗物质粒子可能与普通物质发生概率极微小的碰撞,并把原来静止的原子撞得“飞起来”。撞“飞起来”的原子就可以被观察到了,这就是直接探测。陈和生把这种探测方法比作“守株待兔”,暗物质粒子是兔子,普通物质的原子就是株。

  实际上,即便这三类实验之一发现了暗物质的候选粒子,确认它就是宇宙中的暗物质也是一项极为艰巨的任务。陈和生强调,三种实验或至少两种,必须相互验证,才能确认这种粒子的存在,这需要理论和实验物理学家以及天文学家密切合作,共同努力。(陆成宽)

[ 责编:蔡琳 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 粤澳同辉——内地对澳输电逾500亿千瓦时

  • “5G双师课堂”促优质教育资源共享

独家策划

推荐阅读
该种新型作案手法隐蔽性强且社会危害大。警方随即成立专案组,多部门联合行动,梳理全市通讯异常的信号源位置。今年10月,警方抓获5名犯罪嫌疑人,缴获作案设备40余套。
2019-12-14 20:33
珊瑚礁系统是维系海域生态平衡,尤其是近岸海域生态稳定的重要资源。在自然界繁衍5亿多年的珊瑚,由于受自然和人为因素影响,其覆盖度在全球范围内正逐渐下降。珊瑚礁生长缓慢,自然修复漫长而低效。
2019-12-14 20:31
基于这些实验发现,研究人员使用源自人类胚胎干细胞的神经元来制造模型,最终完成了多种形状的3D人类神经组织模拟物的构建。
2019-12-13 09:29
12日,在国新办举行的南水北调东、中线一期工程全面通水五周年有关情况发布会上,水利部规划计划司司长石春先介绍了南水北调后续工程的新进展。
2019-12-13 09:29
路易斯·韦尔班克斯表示:“考虑到我们还无法测量太阳系中巨行星(包括木星)大气中化学物质的丰度,能测量太阳系外行星大气中这些化学物质的丰度非比寻常。
2019-12-13 09:28
我们的模型有助于解释为什么很多心房颤动患者的手术不成功,希望随着模型的完善,最终可以帮助我们确定哪些病人的手术不必要,哪些病人可以通过手术受益。
2019-12-13 09:28
研究团队以非洲象的基因组及其平均寿命(65年)为参照,利用模型估算出真猛犸象和古棱齿象的寿命为60年。
2019-12-13 09:28
这幅作品描绘了一些类人形象狩猎猪和水牛的画面,至少可追溯至4.39万年以前,是迄今已知的最早狩猎场景。
2019-12-13 09:27
这一火箭原定于2018年11月进行首飞,后来因为诸多原因推迟。而且,今年6月份的审计报告显示,火箭的建造成本已从62亿美元飙升至80亿美元,增幅高达29%。
2019-12-13 09:27
中国航天科技集团总经理、党组副书记袁洁12日在北京航空航天大学透露,2020年,中国航天将进一步延续“超级模式”。
2019-12-13 09:25
这架名为The Phoenix的新型无人驾驶飞行器,也被称为“超长续航自主飞行器”,长15米,翼展10.5米,重120公斤,是世界上第一个大型的可变浮力无人驾驶飞行器。
2019-12-13 09:25
它打破了传统上物理电厂之间、发电和用电侧之间以及地域间的界限,是一种非实体存在的电厂形式。
2019-12-13 09:25
今年3月30日,采用“BIM技术在规范牵引变电设计、施工中的应用研究”课题技术建设的首个变配电所在日兰高铁鲁南段完成。
2019-12-13 09:22
2018年初,美国梅奥医学中心代表坐到了四川大学华西医院的接洽桌前,希望获得四川大学华西医院拥有自主知识产权的“人工肝”相关的两项专利技术。
2019-12-13 09:22
钱学森等两弹一星元勋在艰苦环境中拼搏攻关,隐姓埋名、牺牲奉献的科学家精神,将被永远珍视和继承,鼓舞、引导和塑造新一代科学大家。
2019-12-13 09:29
机器人能进行长时间、高难度、高精度的施灸治疗,解决人工施灸成本高、人手不足的问题,还能帮助专家远程施灸,成为艾灸界的“千里手”。
2019-12-13 09:27
辛国斌表示,下一步,将聚焦细分行业,面向中小企业,脚踏实地地提高自身能力,真刀真枪地解决实际问题,供应商要深耕细分行业,提炼总结形成标准,推广成熟的解决方案。
2019-12-13 09:26
到上世纪90年代,滇池水体黑臭,水葫芦疯长,蓝藻水华绿如油漆,滇池水质恶化为劣Ⅴ类,成为中国污染最严重的湖泊。
2019-12-13 09:24
国家实施“长江学者奖励计划”的初心是为了激励科研人员从事研究工作,为高层次科研人才提供良好的科研环境。
2019-12-13 09:24
智慧热网云平台的运行离不开一颗“超级大脑”——基于数字孪生模型动态推演的管控平台。
2019-12-13 09:23
加载更多