宇宙大爆炸理論認為:宇宙出現之前, 沒有時空, 沒有物質, 也沒有能量。150 億年前,通過一個小點的膨脹爆炸, 形成了空間進而形成了宇宙、 星系、地球、空氣、水和生命便在此逐漸形成。最新研究表明, 宇宙中70%的暗能, 5%的發光和不發光物體，5%的熱暗物質和20%的冷暗物質組成。宇宙中有九成是暗物質, 可能包含有早期遺留但眼看不見的弱相互作用的重粒子-一冷暗物質支撐宇宙膨脹論。
人們尚未發現宇宙中的暗能、暗物質, 這就留下關乎暗物質問題的謎團。天文學家還不知道宇宙中的暗物質有多少? 佔多少比例? 只有大致估計的數字:重子物質約佔宇宙總質量的2%, 換句話說, 宇宙的星際物質、星體、恆星、星團、星雲、類星體、星系等的總和只佔宇宙總質量的2%, 還有98%的物質處在未知階段。在宇宙的暗物質中, 冷質約佔70%, 熱暗物質約佔30%。
利用暗物質發現暗能量
還有一系列問題困擾著人們, 暗物質由什麼成分組成? 它們的形成及運動規律怎樣? 尋找、研究暗物質的性質成為世界高物理研究的熱點之一, 可以通過實驗於大型加速器上來尋找, 包括對宇宙線粒子的測量。中國科學院高能物理研究所在尋找暗物質附研究方面處於世界領先地位。1972 年, 高能量雲南高山宇宙線觀測站曾觀測到:一個從宇宙射線中來的高能量粒子撞擊石墨粒子後， 產生了3個帶電粒子。 其中一個是貝介子, 一個是質子, 一個是能量大於430億電子伏特、壽命長於0. 046納秒的帶電粒子。如果實驗被證實, 這就可能是暗物質的粒子。
1979年, 科學家發現, 在仙女座方向存在著巨大的未知質量。按照牛頓物理萬有引力定律, 太陽系中越處在星系邊緣的行星旋轉速度越慢。但許多星系不符合這一規律。這說明除了可觀測的星體之外, 還有大量暗物質隱藏在其中。那麼這些像暈一樣的又是什麼物質呢? 這些被人們認為是X射線和星系際雲的東西遠沒有估算的暗物質那麼多; 也不是年老的恆星, 它們在臨終前放出的物質尚未被觀測到。英國劍橋大學的物理學家霍金認為這可能是黑洞。還有人指出是“中微子”, 並提出了暗物質的“中微子”模型。但此模型還存在著一些問題, 例如, 按照模型推理, 只有在超星系團周圍才有暈, 但暈也在星系周圍出現; 中微子的質量也是一個謎。
仙女星系
20世紀80年代, 美國和蘇聯的一此科學家建模“軸子”。模型顯示, 混沌伊始時期的三宙就是重子和軸子的交融。輻射能量轉移副團塊中心之後, 普通發光物質的核被冷子暈包圍, 形成了星系似的天體。模型非常簡潔、用計算機模擬演算出的宇宙演化圖像與現在觀測到的宇宙十分吻合。但這個模型的真實性還需要實驗來證實。
冷暗物質粒子在理論上應該有中性穩定粒子存在, 它不直接參與電磁相互作用, 卻可以參與弱相互作用和引力相互作用。如果能直接觀測這種粒子, 將對物質微觀世界的探對起重大作用。目前中科院高能所參加了由董大利羅馬大學牽頭的意中 DAMA 合作組的冷略物質粒子研究。為了防止信號干擾, 意利國家格朗薩索實驗室在高速公路所在的則潤下, 岩石厚度有1000米。100千克低本上頌化鈉晶體陣列安裝在意大利格朗薩索國地下實驗室, 經過長達8年的反覆實驗, 科“家發現這種粒子碰撞碘化鈉晶體中的原於孩不僅能發出微弱線, 還可以獲得這種信第三篩神秘莫測的可怕宇由息的3個年調製變化週期, 並且這種粒子的質量至少是質子的50倍。上述實驗說明宇宙中可能存在一種重粒子, 也就是初步證明的冷暗物質。
這種粒子強烈支持了膨脹宇宙論和超對稱粒子模型, 困擾天文學家的巨大謎團將揭開, 粒子物理、天體物理、宇宙學將會有突破性發展。但實驗中確認冷暗物質存在, 尚需進一步研究, 期盼謎團早日揭開。
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關鍵字: 2019未來科學大獎 暗物質 時空
