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关于暗物质我们还知道什么(内含中文视频)

 天文在线 2023-04-08 发布于云南


视频版权:SciShow Space(油管);
字幕翻译:天文志愿字幕组(有错误的地方望各位指出)
proofread by 翔宇


解说词

(翻译:天文志愿字幕组,若有错误,欢迎指出)

比如“存在多少维度?” 或者“为什么我们不是由反物质构成?”

但知道一定存在的物体  比如一个不发光的星云

但在近期,它有了更具体的定义: 占宇宙84%的

未知物质

并且我们对暗物质最好的解释已经无法进行下去

天文学家们于二十世纪七十年代

在研究星系移动和转动的方式中发现了暗物质的存在

星系的运动相对于天文学家们能够看到的它当中的恒星和气体产生的引力

来说实在太快,而引力正是保持星系不会四分五裂的因素

似乎那里存在一些着其他不可视的物,而我们即看不见也无法直接探测

因为它不发出吸收或反射光

我们能看见的就是它的引力效应

有段时间内,一些人质疑观测的结果

还有一些人开始考虑,或许是我们对引力作用的理解出错

但在这一点上,大部分宇宙学家同意接受我们宇宙的绝大部分

是由看不见的物质构成的

随着证据不断涌现

所有的一切  从宇宙的进化到大爆炸的余音

似乎都让“暗物质”呼之欲出

尽管现在已经拥有了所有的证据

但我们仍然不知道暗物质由什么组成

有些科学家仍在试图巧妙地调整我们用于

阐释引力的数学工具,来让它契合所有的观测结果

而不是去假设存在看不见的东西

他们致力于MOND即MOdified Newtonian Dynamics(修正牛顿动力学)

并已经能够用他们修正后的物理定律来解释

一些似乎可以证明暗物质存在的东西

但像子弹星系团这样,似乎是

一对暗物质与常规物质完全分离的碰撞星系

确实威胁到了“牛顿修正动力学,至少现在是这样

大多数宇宙学家接受暗物质存在的事实

而且他们想弄清它是什么

通过观察宇宙大爆炸后的不同演变模型

他们已经找到的很多不同的候选——丰富多样而且足够“黑”

并能对观测结果做出解释

现在科学家们的观点主要分成两类

我们称为“旧物理派”和“新物理派”

“旧物理派”支持者想用已知存在的来解释暗物质

他们中一些人认为暗物质跟字面上的意义一样:暗的普通物质

像黑洞或者中子星或者未形成的恒星即褐矮星

这些都被叫做MACHOs,注意是M不是N(NACHOs是墨西哥玉米片)

即晕族大质量致密天体

晕族大质量致密天体不发光 如果非要说它发光的话它发的光也是极少的

那么我们只能通过引力来证明它的存在

但事情是,当研究员用更灵敏的望远镜仔细看时

他们还是不能在离MACHOs足够近的地方发现能用来解释暗物质存在的证据

在“旧物理”阵营的人过去常认为暗物质由中微子构成:

幽灵似的亚原子粒子

从像发生在恒星中目前尚不清楚的反应中产生

中微子不产生光  也几乎不与其他物质作用

这让它们是暗物质的概率极高

它们几乎没有质量,尽管每个单独的中微子质量都是极微小

但它们数量庞大,质量就会叠加起来

如果有足量多的中微子,就能解释所有额外的引力了

但这就有一个问题:我们所知的中微子移动太快难以聚集

我们在巨大的结构体如星系中看到的暗物质聚集起来的方式

这就把我们引到了“新物理派”阵营:一帮寻找

可以预测看到的东西的新型微粒的科学家

他们大多在寻找WIMPs  即弱相互作用粒子  之所以这样叫是因为

它们和普通物质的作用极其微弱

这就可以解释为什么很难探测到它们

有很多种WIMPs被研究员认为可能是暗物质

他们也一直在做实验以期能找到它们

但他们还是没找到任何一种粒子,在每一个实验中

他们一直在排除越来越多种类的弱相关作用粒子

另一个可能是我们错过了一些关于中微子的东西

一些科学家认为可能还存在着一种我们目前尚未探测到的超重中微子

因为你不会需要和轻中微子一样多的重中微子

来解释暗物质

就像只需要几个大的撒满配料的薯片来填饱你

而不是一堆的碎小薯片

怎么又绕回到墨西哥玉米片了

是不是我太饿了?

总之 如果刚开始没有足够多的重中微子

那我们目前找不到任何重中微子也就讲得通了

也有一些“新物理学”支持者认为轴子可能是关键

轴子是一个上世纪七十年代假设的基本粒子

用以解决物理学中完全无关的问题

但像中微子一样 它们也几乎没有质量、难以探测到

就一些模型看来部分甚至所有的暗物质很可能由轴子构成

一些极具创造力的物理学家正在致力于超对称性理论的研究

超对称性理论认为宇宙中的所有粒子都有重的伙伴粒子

而且它们中有一个是暗物质

甚至有一些研究员认为

我们看到的是平行宇宙和我们所处的宇宙相互干扰产生的影响

但还是没有直接的证据能证明这些新观点

没有人亲眼看见过超重中微子  没有人看见过轴子

也没有人看见过超对称粒子  更没有人曾见过平行宇宙

科学家们已经排除了最简单的重中微子模型和超对称模型

并且也排除了轴子,作为解释

至少对大多数暗物质是这样

所以到现在,我们陷入了僵局

全世界的科学家竭尽全力

去更多地了解暗物质  他们或是整夜守在望远镜前

或是整夜在黑板前不断演算

但就像目前一样  宇宙中的绝大部分物质的本质

仍然是一个迷

这一集受到了你的启发并给你带来了

作家Jorge Cham和Daniel Whiteson的新作

融漫画与幽默于严肃的科学中 《We Have No Idea》  讨论了暗物质的神秘性

和许多关于宇宙的未解决的问题

比如“存在多少维度?” 或者“为什么我们不是由反物质构成?”

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