取得真經(jīng)!中國(guó)連夜宣布重大發(fā)現(xiàn),“悟空”用火眼金睛看到了暗物質(zhì)!
揭開暗物質(zhì)之謎,將是日心說、引力定律、相對(duì)論及量子力學(xué)之后的一次重大飛躍,將帶來物理學(xué)的有一次革命。
在天文學(xué)界和物理學(xué)界,或者對(duì)于所有人來說,大家都普遍對(duì)一個(gè)東西感興趣,那就是被賦予“神秘又恐怖感”的——暗物質(zhì)。
但是,暗物質(zhì)究竟是個(gè)啥?它能干什么?找到它,我們又能干什么?
11月30日,國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表了中國(guó)首顆暗物質(zhì)探測(cè)衛(wèi)星“悟空”的首批成果:
一、“悟空”首次直接測(cè)量到了電子宇宙射線能譜在1 TeV處(1GeV=10億電子伏特)的拐折,極大的提高了部分電子宇宙射線是來自于暗物質(zhì)的湮滅的可能性;
二、宇宙線高能電子約在1.4TeV附近呈現(xiàn)出尖銳的能譜,為暗物質(zhì)粒子存在的可能性提供了新證據(jù)。
簡(jiǎn)單來說,就是數(shù)據(jù)不正常,所以,一定存在讓數(shù)據(jù)不正常的東西??茖W(xué)家認(rèn)為,這個(gè)東西就是“暗物質(zhì)”。
暗物質(zhì)從哪來?
20世紀(jì),科學(xué)家“驚恐”的發(fā)現(xiàn),宇宙正在不斷的膨脹!而且還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)被稱之為“宇宙微波背景輻射”的東西!
機(jī)智的科學(xué)家們立即意識(shí)到,一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)正在向他們靠近。所謂知己知彼,百戰(zhàn)不殆,科學(xué)家們首先的攻克對(duì)象,就選擇了這個(gè)“宇宙微波背景輻射”。
令科學(xué)家驚喜的是,通過“宇宙微波背景輻射”,他們成功的推斷出了宇宙的年齡、能量密度和膨脹速度。
但是,問題又來了,現(xiàn)知的物質(zhì)及其產(chǎn)生的引力效應(yīng)根本不可能促使宇宙進(jìn)化成現(xiàn)在的樣子,因?yàn)橛钪娴囊π?yīng)比已知粒子的引力效應(yīng)要大的多。
那究竟是誰在背后拉動(dòng)了另一個(gè)“引力”繩索,在沒有找到這個(gè)幕后大BOSS之前,科學(xué)家便給了它一個(gè)“暗黑”的名字——暗物質(zhì)。
以銀河系為例,眾所周知,銀河系的所有星體和氣體等都是因引力聚集在一起的,且圍繞著星系的中心旋轉(zhuǎn)。根據(jù)牛頓力學(xué)理論,恒星等物質(zhì)圍繞星系中心的旋轉(zhuǎn)速度與星系的質(zhì)量以及里星系中心的距離有關(guān)。在超出一個(gè)范圍之后,這些物質(zhì)離星系中心越遠(yuǎn),旋轉(zhuǎn)的速度應(yīng)該就越慢。
但實(shí)際情況顯然不是這樣的,銀河系中,在超出上述的范圍后,不論這些星體距離星系中心有多遠(yuǎn),它們的旋轉(zhuǎn)速度都差不多。而根據(jù)現(xiàn)在科學(xué)家探測(cè)到的銀河系中的星體、黑洞、氣體等的質(zhì)量和引力,其總合根本不可能讓銀河系中的星體旋轉(zhuǎn)的那么快,甚至都無法聚集成一個(gè)星系。也就是說,實(shí)際星系的質(zhì)量比我們想象中的要大的多!因?yàn)橹挥性谫|(zhì)量足夠大的情況下,才能拉住星系中所有高速旋轉(zhuǎn)的星體。
因此,科學(xué)家斷定,一定還存在著一種我們還未探測(cè)到的物質(zhì),它“隱身”于宇宙中的各個(gè)角落,它的力量非常的大,用一雙無形的手造就了這一“詭異”的現(xiàn)象。通過對(duì)現(xiàn)有觀測(cè)儀器及相關(guān)天文、物理研究,科學(xué)家推斷,宇宙的密度可能有26.8%是暗物質(zhì)組成,這一比例,超過了總數(shù)的四分之一!
為什么我們這么熱衷于發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)
那么,既然暗物質(zhì)的占比這么多,為什么我們看不到它呢?
科學(xué)家給出的解釋是:“暗物質(zhì)”不發(fā)光、不帶電荷、不與其他物質(zhì)發(fā)生除引力以外的任何作用。而我們的天文探測(cè)器,都是基于電磁波技術(shù)進(jìn)行太空探測(cè)的,所以,我們完全看不到暗物質(zhì),也根本不知道暗物質(zhì)是由哪些東西組成的......
但顯然,大多數(shù)人還是認(rèn)可暗物質(zhì)是確實(shí)存在的。然而,目前人類并沒有可以直接觀測(cè)到它的探測(cè)器,我們?yōu)槭裁催€要這么熱衷于暗物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)呢?
上面我們?cè)岬?,科學(xué)家就是通過對(duì)“宇宙微波背景輻射”的探索,推斷出了宇宙的年齡、能量密度和膨脹速度的。所以說,探測(cè)暗物質(zhì)對(duì)于探索宇宙的起源及對(duì)基礎(chǔ)物理學(xué)研究有著重大意義。科學(xué)界公認(rèn),揭開暗物質(zhì)之謎,將是日心說、引力定律、相對(duì)論及量子力學(xué)之后的一次重大飛躍,將帶來物理學(xué)的又一次革命。
怎么才能“看到”暗物質(zhì)?
目前,探測(cè)暗物質(zhì)的方法主要有三種,直接探測(cè)、間接探測(cè)和加速器探測(cè)。而中國(guó),在直接探測(cè)和間接探測(cè)方面,都走在了世界前列。
據(jù)了解,直接探測(cè)方面,我國(guó)已經(jīng)啟動(dòng)了“熊貓暗物質(zhì)探測(cè)計(jì)劃”,在四川錦屏山2400米的山體深處建造了重達(dá)500公斤的液態(tài)氙探測(cè)器,通過檢測(cè)暗物質(zhì)撞擊液態(tài)氙產(chǎn)生的能量來感知和證明暗物質(zhì)的存在。
而此次立下大功、轟動(dòng)了物理學(xué)界和天文學(xué)界的“悟空”,就是通過間接探測(cè)的方式,為暗物質(zhì)的存在提供了進(jìn)一步的證據(jù)。
2015年12月17日,中國(guó)首顆暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星——“悟空”在酒泉成功發(fā)射升空,用以監(jiān)測(cè)暗物質(zhì)粒子湮滅或衰變后所產(chǎn)生的高能粒子,如伽馬射線等??茖W(xué)家介紹說,之所以為其命名“悟空”,就是希望它能夠在太空中使出“火眼金睛”的本事,發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)的蛛絲馬跡。
據(jù)了解,“悟空”在進(jìn)入太空的第一年,就捕獲了18億個(gè)粒子,其中包括了超過2000萬的高能電子。如果將宇宙比喻為一個(gè)金礦,那么“悟空”所探測(cè)到的18億粒子中,絕大部分都是無用的普通石頭,而這2000萬高能電子,則很可能是含金量非常高的金礦石。
也就是說,我們只有通過這些高能電子,才有可能探測(cè)到暗物質(zhì)。
目前,“悟空”的粒子識(shí)別能力是國(guó)際上同類探測(cè)器中最強(qiáng)的,在軌運(yùn)行530天后,“悟空”共采集了約28億顆高能宇宙射線,其中包含約150萬顆25GeV以上的電子宇宙射線。
基于這些數(shù)據(jù),科學(xué)家成功繪制出了高精度宇宙射線電子能譜,如果能譜上出現(xiàn)了奇特結(jié)構(gòu),就很有可能是暗物質(zhì)的信號(hào)。
“悟空”首席科學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)副臺(tái)長(zhǎng)常進(jìn)表示,正常的電子宇宙射線能譜變化應(yīng)是一條平滑的曲線。而根據(jù)“悟空”積累的觀測(cè)數(shù)據(jù),科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),在1.4萬億電子伏特(TeV)的超高能譜段中突然出現(xiàn)劇烈波動(dòng),反映在圖上是一個(gè)“尖峰”。
因而,我們可以推斷,宇宙中存在著質(zhì)量為1.4萬億電子伏左右的新物理粒子,它可能就是我們尋找了很久的暗物質(zhì)。當(dāng)然,也有可能是宇宙中還存在著一個(gè)更為奇特的天體,這就需要科學(xué)家繼續(xù)去探索了。
最后
通過“悟空”提供的數(shù)據(jù)所繪制的電子能譜,其精度在世界范圍內(nèi)都是頂級(jí)的。可以說,與美國(guó)的“費(fèi)米”衛(wèi)星和丁肇中先生領(lǐng)導(dǎo)的“阿爾法磁譜儀”的測(cè)量結(jié)果相比,“悟空”的觀測(cè)能斷范圍最寬、分辨率最高、能譜結(jié)構(gòu)特征也最為清楚。
“悟空”的火眼金睛發(fā)現(xiàn)了此前從未發(fā)現(xiàn)的奇特現(xiàn)象,極大地推動(dòng)了宇宙起源研究和天文物理學(xué)的探索進(jìn)程。或許在未來,當(dāng)暗物質(zhì)謎團(tuán)徹底被揭開之時(shí),我們就會(huì)知道,真實(shí)的世界到底是什么樣子的......
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