上世紀30年代,瑞士天文學家弗裡茨·茲威基注意到,遙遠星團中星系相互繞行的速度比它們本應擁有的可見質量要快得多。因此他提出:一種看不見的物質---暗物質,可能會在引力作用下拉動這些星系運動。
從那時起,越來越多的研究人員不斷證實,這種神秘的物質遍布整個宇宙,但科學家們對暗物質卻一直摸不到頭腦,其中最為疑惑的地方主要有以下8點,也堪稱是暗物質的8大未解之謎。
沒有任何研究人員能确定暗物質到底是什麼。大部分情況下,科學家推測宇宙中缺失的質量是由小的微弱恒星和黑洞組成的,但并沒有發現足夠多的此類物體來解釋暗物質的影響。目前被廣泛接受的理論認為,組成暗物質的是“弱相互作用有質量粒子”,它是一種質量和相互作用強度在電弱标度附近的某種穩定粒子,通過熱退耦機制獲得已知的剩餘豐度,不過這種理論隻是衆多理論之一,并沒有得到證實。
如果暗物質是由“弱相互作用有質量粒子”構成的,那麼它們應該就在我們周圍,但我們卻并沒有準确探測到。雖然它們不會與普通物質發生太多相互作用,但暗物質粒子在穿過太空時總是有可能撞擊質子或電子等普通粒子。因此,研究人員對地下深處的大量普通粒子進行了一次又一次的實驗,但經過數十年的實驗,并沒有權威的探測發現。
普通物質由質子、電子、中微子等基本粒子,以及介子等更奇特的“粒子”組成。因此,一些研究人員猜測,占宇宙物質 85% 的暗物質可能也有同樣的粒子構成方式。比如,暗質子可以與暗電子結合形成暗原子,産生與可見世界中結構一樣的多樣化結構。但迄今為止,科學家們還沒有找到任何一種方法來确認或否認它們。
天文學家通過其與普通物質的引力相互作用發現了暗物質,這表明這是其在宇宙中存在的主要方式。但是,當試圖了解暗物質的真實本質時,研究人員幾乎沒有什麼可做的。根據一些理論研究,暗物質粒子應該是它們自己的反粒子,這意味着兩個暗物質粒子相遇時會相互湮滅。
因為暗物質的重量比普通物質大得多,所以通常說暗物質是組織大型結構(如星系和星系團)的控制力。但奇怪的是,天文學家在新發現了的NGC 1052-DF2星系中,卻沒有發現任何暗物質,這說明暗物質顯然不是形成星系的必要條件。
中子是具有有限壽命的常規物質粒子。大約每14.5分鐘,一個脫離原子的孤中子就會衰變為一個質子、一個電子和一個中微子。但有科學家用兩種不同的裝置做了兩種實驗,顯示衰變的壽命略有不同,它們之間的差異約為9秒,因此物理學家認為,如果中子在衰變過程中會産生暗物質粒子,那就能解釋不同實驗條件下中子的衰變事件不同。
最開始物理學家認為暗物質可能帶有電荷。宇宙初期恒星發出的波長為21厘米的輻射,然後它被同時存在的冷氫氣吸收。不過,最新的檢測數據顯示,氫氣比科學家預測的要冷得多,這說明帶有電荷的暗物質可能會從無處不在的氫中吸收熱量。
除了額外的暗物質粒子外,暗物質可能會經曆類似于普通物質所感受到的力。一些研究人員已經在尋找“暗光子”,這就像在産生電磁力的正常粒子之間交換的光子一樣。有物理學家還準備将一束電子及其反粒子(稱為正電子)粉碎成鑽石,如果暗光子真的存在,那麼電子-正電子可能會湮滅并産生一種奇怪的載力粒子,這可能會打開一個全新的宇宙區域。
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