地球上如有“暗物质”意味着什么

周华

作者:森堡　　　发表时间:2010-03-24　　　摘自:新华网 来源：青年参考

　　作为现代理论物理前沿领域热点的“暗物质”，一直被认为远离地球，飘散在太阳系以外的某个无名角落里。但据美国“太空”网站近日报道，美国科学家发布的一项最新研究结果表明，神秘的暗物质可能就隐藏在地球上。这一有待证实的新发现让科学界为之一振。

　　暗物质是什么？连科学家们也不敢说自己很了解。不过我们知道，暗物质一旦被证实，将为物理界以及整个人类的认识掀开崭新的一页。

　　经过坚持不懈的观测工作，去年１２月，美国科学家安装在明尼苏达州地下７００米的暗物质探测器有了反应，该反应被认为极可能是“暗物质”引起的。相关论文近日发表在美国权威期刊《科学快报》上。

　　虽然自从被提出以来就神龙见首不见尾，但暗物质隐藏了许多现代物理学的秘密——宇宙的起源和组成、基本粒子的性质、时间的流逝等，涉及相对论、量子力学等物理学中最高深的理论，其重要性可想而知。因此这则消息一经发布，便引发了专业媒体甚至大众媒体井喷式的报道，美国《大众科学》杂志、《科学美国人》杂志、英国《新科学家》杂志、英国《卫报》和《每日邮报》等，都在显著位置进行了报道。

　　宇宙中仅５％是可见物质

　　在科幻作品中，经常可以看到暗物质这个词。尽管如此，暗物质却绝非出自某位科学幻想大师之手，而是有着确凿的根据。它是１９３４年瑞士天文学家弗里兹·兹威基在研究星系团中星系的轨道速度时，为了解决“缺失的物质”问题而提出的概念。

　　当时兹威基经过计算认为，星系的平均质量实际上比根据其亮度计算出的质量大１６０倍，这就意味着绝大多数物质是不可见的。

　　起初，兹威基的结论没引起重视，直到约４０年后，人们在研究星系中恒星的运动时遇到类似的困难，暗物质的说法才逐渐获得认可。目前，天文学领域很多证据都支持暗物质存在的说法，包括引力透镜（光线在经过星体边缘时受引力场作用发生偏折的现象）研究和宇宙膨胀率。

　　说到暗物质，这里不得不提到它的“近亲”——暗能量。两者很容易混淆，一些非专业媒体在报道时，也很容易犯这样的错误。暗能量是人们在建立宇宙的膨胀模型中提出的假想，指一种充溢空间的、具有负压强的能量，它很好地解释了已被哈勃望远镜证实的宇宙加速膨胀的现状。

　　与暗物质相比，暗能量在分布范围上广得多，占据着宇宙结构的绝大部分。根据美国国家航空航天局（ＮＡＳＡ）公布的数据，暗能量约占宇宙结构的７０％，暗物质约占２５％，剩下的约５％是可见物质。

　　所谓信号只是“狼来了”？

　　这次发现是美国明尼苏达大学物理学与天文学院助理研究员安吉拉·莱瑟特与她所在的团队的收获，他们的实验数据源于一个深埋在地下的暗物质探测器——ＣＤＭＳ探测器。该探测器被埋在明尼苏达深达７００米的地下，以周围的岩石、塑料、铅、铜等物质来阻止暗物质之外的正常微粒到达探测器，这样可能与暗物质相混淆的宇宙射线和其他粒子就被排除在外了。探测器本身不大，跟冰球相仿，主要由锗元素和硅元素构成。

　　探测器的构造是基于这样的原理：暗物质主要由“弱相互作用粒子”（ＷＩＭＰ）组成，这种粒子能和锗原子或硅原子发生核反应，产生的特定信号能被探测器捕捉到。一旦观测到信号，就可以确定有ＷＩＭＰ穿过探测器，即“暗物质来了”。研究人员已确认有两个信号可能与暗物质有关。对科学家们来说，此次实验尽管不能完全确定暗物质的存在，却在提高探测精度方面取得了可喜的进步。

　　需要指出的是，这并不是第一次有研究声称可能发现暗物质了。２００７年，位于意大利首都罗马附近的巨石峰国家实验室曾发布消息，称探测到了ＷＩＭＰ，一时间引起轰动。但后来有多位学者对巨石峰国家实验室使用的ＤＡＭＡ探测器提出质疑，最终这一发现没有获得科学界认同。

　　从科学研究的严格性上讲，莱瑟特等人的这次发现也可能是“狼来了”。美国《大众科学》杂志分析说，即便是发现了信号，也绝不能马上断定暗物质存在。这主要是由于ＷＩＭＰ不是一种被了解得很清楚的粒子，而是一类粒子的总称，至今科学界对ＷＩＭＰ家族有多少种粒子、其物理性质都不甚清楚。另外，用ＷＩＭＰ作为暗物质存在的依据也不一定可靠，因为暗物质与硅或锗原子间的相互作用涉及一系列粒子和力，而ＷＩＭＰ只是其中一种。

　　科学家全力追循暗物质足迹

　　作为“光明”的反义词，“黑暗”一向不会给人带来愉快的联想，但恐怕“黑暗双塔”——暗物质和暗能量要颠覆这一思维定势了。莱瑟特等人的研究暗示，暗物质可能就在地球上，这意味着我们每天都在和这种神秘的物质打交道。而暗能量更是有过之而无不及，根据推算，暗能量弥漫在宇宙的每一个角落，看不见，摸不着，目前无法被探测到。

　　暗物质和暗能量这两种假想概念，支撑着人们在２１世纪建立起来的众多理论——粒子模型、宇宙膨胀、宇宙辐射等。“了解暗物质和暗能量，是２１世纪科学史的大挑战。”２００８年１０月１２日，诺贝尔物理学奖获得者李政道教授在人民大会堂举行的“隆重纪念望远镜发明４００周年——科学大师演讲会”上这样说。这两种假想被证实或是被否定，都将对物理学的未来产生深远影响。

　　到目前为止，“黑暗双塔”只统治着物质尺度的两极——动辄数亿光年的星系尺度以及小至百万分之一纳米（１纳米为十亿分之一米）的亚原子尺度。但这只是暂时的，我们在日常生活中不考虑这两种物质的存在，不仅是因为它们只在两极尺度产生显著的影响，还因为我们不了解它们。

　　科学家正全力以赴地追循暗物质的足迹。莱瑟特所在的研究小组打算将探测器升级到更灵敏的水平，以期发现更为实质性的暗物质信号。另一个可能在地球上找到暗物质的办法，是依靠高能粒子加速器，它可以将比原子还小的亚原子微粒加速到光速，再进行相互碰撞，这种极大的碰撞能量会产生异常粒子，其中包括暗物质。目前一些科学家将希望寄托在位于瑞士日内瓦的大型强子对撞机（ＬＨＣ）身上。作为有史以来最大的加速器，ＬＨＣ有足够的能量去产生暗物质粒子。

通流

这基本上还是在猜想阶段。

周华

过去曾经看过一个讨论等离子体的文章，称宇宙中96％的物质以等离子体态存在，因此我们说气、液、固三态是远远不够的，应该是气、液、固、等离子四态。后来有人争辩说，等离子态可以看作带电的气体，因此可以并入气态。现在暗物质在物理那边炒的很热，我等不明真相的围观群众虽然伸长脖子只能看个热闹，但那么多物理学家信誓旦旦说这个是真的，也不由你不信。不过这个结论确实够颠覆的，绝大多数物质竟然是以我们不知道的一种形态存在。今年一月份加拿大举办了一个“从量子到宇宙”的会议，其中一位物理学家说，暗物质所遵循的物理规律可能跟我们已知的物理定律完全不同。后来又在一本刊物上看到，法国一个物理学家说反物质上的万有引力定律是反的，也就是说是万有斥力。当然这些都是一些模型或假设，不过也值得关注啊。

水寿松

围观楼主

人类前进的动力在于创新，啥是创新，首先就要大胆猜想

天马行空才行

呵呵

onesupeng

哈哈，这个问题很复杂

通流

那天看电视上采访那位提出 暗物质 的芝加哥大学的教授。才明白，人们为了解释为什么宇宙膨胀 在爱因斯坦的方程中加了暗物质，还有暗能量。至于是什么，科学家还在试图寻找证据。

大家为什么怎么做？好像爱因斯坦本人曾经干过一会。在他的方程里加了一项。后来，通过观察，发现那一项并不需要。自从爱因斯坦开了这个头，那批搞天体物理的，发现观察结果不符合方程，就琢磨着在方程里加项。这科幻小说当然就赶紧用啊。

周华

这也没什么可笑的，科学就是一个假设、求证的循环过程，在这个过程中人类的认识疆域不断得到拓展。最近看报道说欧洲科学家在地下实验室中观察到了反物质粒子，这东西过去也一直是科幻小说家的题材，现在居然真的被捕捉到，虽然仅有万亿分之一秒量级的存活周期，但还是被捕捉到了。再说对科幻小说的态度，我们现在提到科幻和科普的时候，多数是抱持专业人士对业余人士的蔑视态度，其实大可不必。看看科幻小说的历史，从儒勒凡尔纳到乔治威尔斯，都准确预言了很多即将出现的新技术。他们的预言基于当时的科学发现，实际上也是一种研究活动，跟现在的未来学类似，所以也没什么值得一笑的。

通流

本来，这个事情没什么可笑的。我写的帖子也不是想笑话谁。

我只是说，这东西还只是物理学家的猜测。

要说可笑，那是有人把猜想当成事实，要发电，推进火箭什么的。如果是写科幻小说，无可非议。要搞科研，那好像太浪费我们纳税人的钱，特别是那些每月才挣1000元的农民工的血汗。

周华

科研也未必就一定是按部就班做下去的，英国的新科学家网站上曾经报道过MIT一位中国学者（看名字用的是拼音，估计是大陆过去的）提出在星际航行时用黑洞做动力的设想。当时也没看懂到底怎么个原理，反正觉得够震撼的，呵呵！

通流

MIT也是一个很自由的地方。当年，MIT和加州理工都说冷聚变无法重复时。可是实际上，现在有几个物理系的人还召开冷聚变的会议。只要不使用纳税人的钱，你可以想些似是而非的东西。

就是你说的什么黑洞作动力什么的，也就是有人叫一声而已。没什么反响吧。

反物质是早就有确凿证据的。那个王淦昌没注意的正电子的发现，可是早就得了诺贝尔奖了。至于，宇宙里有多少，有没有可能保存反物质，那是还没搞清楚。更深层次的是为什么我们这个世界在这个方面不是对称的。是不是有一个反物质组成的宇宙？也许这个反物质与暗物质，暗能量之间是有联系的。那是物理学家干的话。猜想人人可做。要找到证据，可是很花时间，更是很花钱的。欧洲要联合起来才能搞个加速器。老美干脆把进行了一半的加速器建设给停了。挖好的大坑，又给填了。

[ 本帖最后由 通流 于 2010-3-29 20:59 编辑 ]

周华

黑洞作动力是新科学家网站上发表的一个新闻，具体有什么反响我还真不知道，也无从知道。不过科学也不能说没钱搞就连想都不去想，那样也太现实主义了。

zｚZＺZｚz

呵呵，逻辑上完全说的通。

它的定义就是看不见摸不着，于是你无法证明它不存在

通流

如果真的无法证明，那就不是在科学的范畴里了。

周华

原帖由 通流 于 2010-4-8 13:21 发表

                               
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如果真的无法证明，那就不是在科学的范畴里了。

这种说法不正确，科学研究的次序总归是假设、求证这样一个循环，不能说只有求证了才算科学，假设阶段就不是科学。