如果有人敢说:“暗物质可能是构成宇宙的基本粒子-北湖新闻网-最新英语新闻
点击关闭
您现在的位置五金新闻首页>>国际新闻>>正文

物质宇宙-如果有人敢说:“暗物质可能是构成宇宙的基本粒子

雪莉确认死亡

暗物質佔據着宇宙實物總量的百分之八十,這意味着它實際上主導了宇宙中的結構形成。在有普通物質的地方,總有暗物質伴隨。

10月8日晚,諾獎物理學獎委員會科學家對皮布爾斯教授的研究進行現場解讀時,用了一組道具:咖啡三劍客。

在20世紀80年代,皮布爾斯教授描述了一類被稱作「冷暗物質」的模型。這一類暗物質粒子在宇宙早期相對於光速運動得非常緩慢,因此被稱作是「冷」的。

由此他們推斷出,在離飛馬座51僅僅800萬千米的地方,有一個和木星差不多大小、公轉周期為4.2天的行星。麥耶和奎羅茲把這顆行星稱為飛馬座51b。它是人類歷史上發現的第一顆繞主序星旋轉的系外行星。

【新世界的發現者】人類很早就在想宇宙當中有沒有類似的生命,16、17世紀時,布魯諾、牛頓,都思考過這個問題。那麼人們需要先找到一顆宜居的系外行星。

圖片來源:CTV其實在科學界,科學家對暗物質的認知,也在很長一段時間里處於迷茫狀態。

這樣一對天體在彼此旋轉時,地球是有辦法感知的——

但是20世紀90年代,來自瑞士的師徒麥耶和奎羅茲試圖橫空出世,他們用相當有力的證據,證明了系外行星的科學存在。

△詹姆斯·皮布尔斯(左)、米歇尔·马约尔(中)和迪迪埃·奎洛斯(右) 图片来源:THE NOBEL PRIZE

當行星離地球遠去時,恆星就會略微地靠近地球。此時,恆星發出的光就會發生輕微的偏藍;

如果有人在物理學會議上說「暗物質是存在的」,很多人可能會禮貌地微笑;而如果有人敢說「暗物質可能是構成宇宙的基本粒子」,很多同行更可能會「哈哈哈哈」。

他們是如何完成這項科學壯舉的?方法是徑向速度法。在10月8日的諾獎物理學獎發佈會上,諾獎委員會物理學會的秘書長打個比方解析這個方法:「就好比火車駛入和駛出車站時,聲音是不一樣的。」——

再說回一嘴上面提到的這杯「宇宙咖啡」,藉助皮布爾斯教授的貢獻,我們人類正在搞清楚自己在宇宙中的位置,也許可以理解為,是在奶油與咖啡的漩渦交融,畫出條紋時,就能得到精緻的複雜結構。我們,就是宇宙咖啡杯里的漩渦。」

詹姆斯·皮布爾斯教授一生着眼于擁有數十億個星系和星系團的宇宙,他的名字在天體物理學界,是祖師爺級別的。

哲學家羅素說,他理解的「哲學」,是「某種介於神學和科學之間的東西」。他說:「一切確切的知識,都屬於科學;一切涉及超乎確切知識之外的教條,屬於神學。而兩者之間,一片受到雙方攻擊的無人之域,是哲學。」

所以你就知道了麥耶師徒坐實系外行星存在的依據:如果發現一顆恆星的光譜出現了周期性的藍移和紅移交替的現象,就可以斷定這顆恆星擁有一顆行星。這就是徑向速度法。

「I never thought I'd want to marry anyone. So the fact that I found you is astonishing. It's like finding dark matter,except they were looking for dark matter. I wasn't even looking for you, so you're even better than dark matter.......When you make a discovery like this, you don't take it down to City Hall--you tell the whole world!」

當地球在銀河系中運動的時候,它也在不斷地和銀河系中的暗物質粒子交匯。因此,我們在地球上就有可能捕獲到暗物質。

這會你身邊是否有人?如果有一個比你的體重要重磅許多的傢伙,那更好了。你不妨邀請TA和你共同跳一個圈圈舞——你繞着TA快速地旋轉舞蹈,你就像那顆系外行星;而TA呢?因為質量大於你,TA的轉幅要比你小得多,恩,TA象徵那顆恆星。

由於這種冷的特性,由這類暗物質主導的宇宙中,最先形成的結構是質量非常低的暗物質小團塊。這些團塊會通過合併和吸積周圍的暗物質增長。普通的物質會沉積在暗物質團塊的中心,直到恆星點燃,星系形成。

自從1933年,暗物質這個神秘的幽靈第一次在人類面前現出蹤跡后,在很長一段時間里,暗物質並沒有引起太多科學家的興趣。

一方面,確認暗物質存在的證據還太少。另一方面,宇宙中存在看不見的東西並不奇怪,沒有光線照耀的礦坑裡,滿是看不見的礦藏和泥土,企業家或許還有興趣,但物理學家並不關心這個,除非這些暗物質有什麼超出人類認知的特點。

反之,當行星向地球飛來時,恆星就會略微地遠離地球;此時,恆星發出的光就會發生輕微的偏紅。

《紐約時報》甚至把麥耶和奎羅茲發現系外行星這件事,與當年哥倫布發現美洲大陸相提並論,稱這對師徒為「新世界的發現者」。

上世紀60年代以後,隨着天文學領域不斷發生重大的觀測突破,以及美國航天項目的刺激,天文學獲得的經費資助顯著增加,吸引了眾多學習天文的學生,也吸引力了眾多物理學博士跨領域進入天文研究。兩個領域學者的興趣在宇宙學這個領域交匯了,「暗物質是一種基本粒子」這一假說開始被認真考慮。

這個劃時代的重大發現,為人類打開了一扇通往新世界的大門。在此後的20多年的時間里,追隨着麥耶和奎羅茲的足跡,天文學家們發現了將近4000顆系外行星。

「讓我們把宇宙比作一杯咖啡,這裏大部分是咖啡,就是暗能量;然後我開始加奶油,這是暗物質,然後再加入一點點砂糖,這是普通物質。」

事實上,直到上世紀70年代末,仍然有很多人不相信暗物質的存在。

圖片來源:insidescience

但是系外行星極其難找——行星本身不會發光,只能夠反射恆星的光芒;這意味着,行星的絕對亮度其實非常非常微弱;同時,即使是最近的那些恆星,它們與地球之間的距離也要以光年計。相距如此遙遠的情況下,系外行星肯定會被籠罩在它所環繞的恆星的光芒中;也就是說,系外行星根本無法被地球上的望遠鏡所看到。

【宇宙的定位者】

图片来源:discovery.princeton

2019年諾貝爾物理學獎,獎勵了這些幾十年如一日的科學家。

獎項的一半,授予詹姆斯·皮布爾斯關於「物理宇宙學的理論發現」;另一半獎項,授予米歇爾·馬約爾和迪迪埃·奎洛斯「發現了圍繞太陽型恆星運行的系外行星」。

1995年底,麥耶和奎羅茲在《自然》雜誌上發表了一篇論文,宣布他們用位於法國普羅旺斯天文台的一台新型光譜儀,測出一顆與太陽相距50光年、名叫飛馬座51的恆星的光譜中,存在一個周期為4.2天的藍移紅移交替的現象。

不過有很多網友和我一樣,研究着諾獎,打着哈欠,不覺喝掉一杯咖啡,然後狠狠地嚇一跳:我這是毀滅了一個平行宇宙了?

△ 暗物質 圖片來源:MIT其實,文藝青年對暗物質應該是有深刻認識,因為前不久剛剛結了婚的「謝耳朵」先生,在和Amy去登記時,重重地cue到了暗物質——

三、四百年裡,這項事業毫無進展。19世界里,所有人跑出來宣稱他們發現了太陽系以外的行星的人,都只能證明,他們全是自己看花了眼。

△ 麥耶(右)和奎羅茲 圖片來源:media wired

如果一顆恆星的周圍真的存在一顆行星,這對恆星和行星就會構成一個彼此繞轉的兩體系統。

皮布爾斯的理論框架經過二十多年的發展,成為了人類對從大爆炸到今天的宇宙歷史的現代理解的基礎,他將高度猜測性的領域,轉變為精密科學。

本文来源:钱江晚报

利用超級計算機,人們可以模擬由這一類暗物質主導的宇宙中結構是如何形成的。結果顯示:冷暗物質可以完美地解釋星系巡天觀察到的星系空間分佈狀態。

圖片來源:Cold Dark Matter Records

那麼,關於2019諾獎物理學獎,我們可能可以從這樣一個角度理解:如果沒有獲獎者——詹姆斯·皮布爾斯(James Peebles)、米歇爾·馬約爾(Michel Mayor)和迪迪埃·奎洛斯(Didier Queloz)師徒的工作,可能關於宇宙、對於系外行星的認知,我們依然只能更多地從神秘主義、神學、哲學的角度來進行探索。

但是在科學上,科學家只相信那些經過實驗或觀測證實的東西,因此他們選擇的是一條沉重乏味的道路。

圖片來源:metal-archives

今日关键词:莫文蔚吉尼斯纪录