不可視物質

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更新時間: 2013-08-28

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「不可視物質」是天文學專有名詞。來自中國天文學名詞審定委員會審定發布的天文學專有名詞中文譯名,詞條譯名和中英文解釋數據版權由天文學名詞委所有。不可視物質是用來描述人們肉眼看不見的占宇宙質量9/10的物質成分的概念。

不可視物質 -命名原因

  它是由中國科學院天文學所方勵之教授命名的。他認為,天體物理學的一個新成就證實:各種化學元素(或中子、質子)的總和,按質量也許不超過宇宙總質量的1/10,而9/10的質量則是由所謂的不可視物質或暗物質貢獻的。就是說,構成人類的物質成分,並不是宇宙間的主要成分,而是來自占質量不及1/10的次要成分。
不可視物質 -起源和發展

不可視物質的發現

  不可視物質的發展要追溯到本世紀30年代。1933年,瑞士天文學家茲威基用兩種方法估計了后發星系團的質量。
  一種是光度方法,即測量這個星系團中一些星系的光度。由於星系的光度和其質量有一定的關係,從光度測量就可以推知相應星系的質量;然後再把各星系的質量總和起來,就得到整個星系團的質量。
  另一種是動力學方法,即測量各個星系的運動速度。由於星系的平均速度是由整個體系的質量決定的,因而由運動速度就可以推知星系團的總質量。
  茲威基發現,用這兩種方法得出的質量差別極大。動力學質量要比光度質量大400倍!其結論只能是后發星系團的主要質量並不是由可視的星系貢獻的,而是由其中大量的不可視物質的質量貢獻的。用光度方法測出的質量,只包含發光區的質量,不包括存在於不發光區的物質的質量。因此,只要在不發光區含有大量的質量,光度質量就會比動力學質量小得多。在茲威基時代,對這些還不知是什麼的物質的質量,他稱為下落不明的質量或短缺的質量。他的推測當時並沒能得到公認。
不可視物質存在的論證

  1978年, 一些射電天文學家系統地測量了旋渦星系的轉動曲線,即測量距星系中心不同距離上的物體的轉動速度。他們意外地發現:在星系的發光區域之外,物體的轉動速度與距離無關。這與太陽系的情況不同。在太陽系中,距離中心越大的行星轉動速度越小,它們遵從開普勒定律,而星系周圍的物體運動卻不服從開普勒定律。對這個「反常」的唯一可能的解釋是:在星系周圍存在著具有大質量的不可視的暈。這個無歧義的證據使人們相信;在宇宙間可能存在著質量更大的不可視的成分。
  隨後,人們又發現了存在暗物質的其他許多證據。例如英國天文學家霍金斯在1983年發現:在距銀河中心20萬光年的距離上,有顆名為R15的星,它的視向速度值高達465公里/秒。要產生如此大的速度,銀河的總質量至少比光學區的質量大10倍,即9/10的質量是暗的。對於這些下落不明的質量,最初有人猜想是瀰漫的氣體,是塵埃、死星等,可是,這些猜測都被氘丰度的觀測徹底否定。
  於1980年一些粒子物理學家宣稱,中微子的靜質量可能不為零。有的實驗小組更具體地說,電中微子的靜質量約為數十電子伏。這個消息在天體物理學界引起了很大反響。目前,許多科學家都斷言,中微子可能是宇宙質量中的主導成分。下落不明的質量或稱短缺的質量可能就是中微子。
不可視物質 -意義

  不可視物質的提出,拓廣了我們關於宇宙的視野, 對於我們認識物質存在的形式提供了新的材料。
  不可視物質--暗物質
  3月3日消息,據美國太空網報道,神秘的暗物質一直以來都是自然界的未解之謎,引起了科學家們的探索和爭論。近日,美國「低溫暗物質搜尋計劃」項目組科學家研究指出,暗物質或許就存在於地球之上。
  暗物質就因為它「模糊、隱晦」的特點而很難發現。事實上,科學家們也不知道究竟何為暗物質。由於暗物質既不釋放任何光線,也不反射任何光線,因此最強大的天文望遠鏡都無法直接探測到它。自20世紀70年代以來,科學家們根據對許多大型天體之間,如星系之間的引力效果的觀測發現,常規物質不可能引起如此大的引力,因此暗物質的存在理論被廣泛認同。
  根據科學家們的理論,暗物質通常也不會與大多數常規物質結合。有的觀點認為,暗物質能夠直接穿越地球、房屋和人們的身體。一些科學家已經開始在地下尋找暗物質粒子存在的證據。
  美國明尼蘇達大學科學家安吉拉-雷塞特爾是「低溫暗物質搜尋計劃」項目組成員之一。雷塞特爾表示,「就在我們的周圍,存在一種暗物質流。每時每刻都存在一種交互。」她是在近期舉行的美國物理學會一次會議上發表這一理論的。
  在最新一期《科學快訊》雜誌上,雷塞特爾和同事們發表論文聲稱,他們最近發現了兩起事件,這些事件可能就是由暗物質撞擊探測器所引起的。雷塞特爾表示,「我們此前的探測結果從來沒有如此發現,這是首次。」
  「低溫暗物質搜尋計劃」位於明尼蘇達州地下大約700米的一個礦井中。因此,礦井可以阻止其他任何物質抵達實驗設備,除了暗物質。這樣宇宙射線和其他粒子可能會與暗物質粒子混淆的可能性已基本被排除。探測器本身也主要是由鍺元素或硅元素組成的曲棍球形狀的小塊。如果鍺或硅原子的原子核被暗物質粒子擊中,它就會反彈並向探測器發送一個信號。
  然而,研究人員也無法完全確定他們所探測到的兩個信號究竟是由暗物質粒子還是由其他粒子引起的。這兩個信號太少,因此科學家們也無法確定。據科學家介紹,他們的計算曾經預測到背景可能會引起一次假事件。「低溫暗物質搜尋計劃」將繼續進行他們的實驗以期發現更多實質性的信號。
  地球上另一項探尋暗物質的嘗試聚焦於強大的粒子加速器,這類加速器可以將亞原子粒子加速到接近光速,然後讓它們相互碰撞。科學家們希望通過這種難以置信的高速碰撞從而產生奇異粒子,其中包括暗物質粒子。
  然而,即使採用最強大的粒子加速器,至今也未能發現暗物質的任何跡象。美國馬里蘭大學科學家薩拉-恩諾表示,「你也許會問為什麼會這樣,為什麼組成宇宙大部分的物質粒子為什麼在我們的加速器中從來沒有發現過。」原因之一可能就是他們的加速器還沒達到足夠強大。
  科學家們也無法確定暗物質粒子究竟有多大,有多重,以及究竟需要多大的能量才能夠在實驗室中發現它們。或許在任何加速器中都無法找到暗物質粒子。恩諾表示,「我們或許不知道這樣一個事實,那就是暗物質粒子是我們無法製造或探測到的粒子。」
  現在,最大的希望就寄託於新型的粒子加速器大型強子對撞機身上。恩諾表示,「大型強子對撞機或許會最終讓我們獲得足夠的能量以產生暗物質粒子,並在撞擊中發出它們。」恩諾也是大型強子對撞機緊湊型μ子螺旋型磁譜儀實驗項目組成員之一

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