揭秘宇宙的“黑暗面”(2)
用X射线太空望远镜也可以从事类似的搜寻,前面所述的钱德拉X射线太空望远镜探测到的X射线信号就是这样的例子。
极深地下实验室
寻找暗物质粒子也可以在地下进行。虽然这些粒子只发生“弱相互作用”,但它们还是被认为能够偶尔地撞入普通原子的原子核中。于是一些暗物质实验就将目标锁定在发现这种碰撞上。这样的实验要在地下进行,目的是避免受到其他粒子的污染。
在美国明尼苏达州的一个矿井下,一项名为“低温暗物质搜寻”(简称CDMS)的计划正在进行当中。其原理是:当暗物质粒子撞击CDMS探测器中的一个原子核时,会引起原子核的震动,从而让科学仪器探测到。除美国外,英国、法国、意大利、日本等国也都建立了自己的地下实验室,这些实验室位于地下几百米到一两千米的地方,实验设备和生活设施一应俱全。
2010年12月12日,我国首个极深地下实验室—中国锦屏地下实验室在四川雅砻江锦屏水电站正式投入使用,它的垂直岩石覆盖达2400米,是世界一流的洁净低辐射极深地下实验室。有了这个实验室,科学家便有了一个探测和研究暗物质的平台,他们可以自主地开展暗物质粒子的搜寻和研究工作,还可以进行其他国际前沿基础学科的研究。
迄今为止,暗物质粒子存在的证据依然缺乏。所以,有科学家开始怀疑暗物质的存在,其中一种观点认为,在宇宙的尺度上,引力的法则有可能和我们在地球上的理解不一样,在那样的尺度下,人们发现的所谓暗物质也许只是引力表现出的另一种不同形式而已。
暗物质的对立面—暗能量
暗物质将物质束缚在一起,而暗能量则相反,它们将物质相互分开,很像暗物质的对立面。
天文学家通过观测一种特殊的超新星发现了暗能量。这种超新星非常亮,能让天文学家在很远的地方看到它们,而且它们的亮度还非常一致。科学家通过对其研究,能了解宇宙在以怎样的方式膨胀。
美国明尼苏达矿井下的CDMS探测器
中国锦屏地下实验室
根据现有理论,宇宙产生于一次大爆炸,这意味着,绝大多数星系之间的距离会越来越大。要理解宇宙的这种运动,你可以在一只气球上涂两个相互邻近的小点,然后把气球吹大,这时你会发现两个小点之间的距离拉大了;你还可以想象你正站在其中一个点上,你会看到另一个点离你越来越远。但是,你怎樣知道那个小点离你有多远,移动速度有多快呢?这就要用上超新星了。
这个星系的左下方有一颗超新星
超新星是恒星爆炸的产物,它们非常亮。假若我们观测到一些超新星,知道了它们的亮度,并通过光谱研究知道它们远离我们的速度,那就能推测宇宙膨胀的速度了。20世纪90年代,科学家正是基于上述考虑观测了一些遥远的超新星。出人意料的是,它们所在的地方比人们预想的更远。这说明,宇宙膨胀的速度加快了。为什么宇宙的膨胀会变快呢?人们推测有一种神秘的力量在与引力抗衡,这种不可见的力量导致宇宙加速膨胀。科学家把这种力量归咎于“暗能量”。
迎接宇宙观的大变革
暗能量构成了宇宙中不可见的主要部分,它可能占了宇宙总质量的三分之二。如果说暗物质产生引力,试图把物质结合在一起,那么暗能量就产生斥力,试图将物质分开。科学家认为,暗能量是非常微弱的,它对较小的物体只产生微弱的作用,但由于暗能量无处不在,它们结合起来的力量就非常大,足以克服来自暗物质和普通物质共同产生的引力,并把宇宙从减速膨胀的状态扭转到加速膨胀的状态上来。
到目前为止,暗物质和暗能量依然是最大的宇宙之谜。由于它们的总和占了宇宙物质总质量的近96%,假若人类不解开这道谜,就等于我们对96%的宇宙是不清楚的。假若解开了这道谜,那人类就获得了认识宇宙的巨大进步。
科学家推测,也许人类正处在一个迎接重大科学发现的关键时刻,因为一旦人类对96%的“宇宙黑暗面”有了突破性的认识,那么人类的宇宙观就会发生巨大的改变,人类对自然世界的认识就会出现根本性的变革,人们对时间、空间和物质的看法也就变得和过去完全不同了。 (张唯诚)
极深地下实验室
寻找暗物质粒子也可以在地下进行。虽然这些粒子只发生“弱相互作用”,但它们还是被认为能够偶尔地撞入普通原子的原子核中。于是一些暗物质实验就将目标锁定在发现这种碰撞上。这样的实验要在地下进行,目的是避免受到其他粒子的污染。
在美国明尼苏达州的一个矿井下,一项名为“低温暗物质搜寻”(简称CDMS)的计划正在进行当中。其原理是:当暗物质粒子撞击CDMS探测器中的一个原子核时,会引起原子核的震动,从而让科学仪器探测到。除美国外,英国、法国、意大利、日本等国也都建立了自己的地下实验室,这些实验室位于地下几百米到一两千米的地方,实验设备和生活设施一应俱全。
2010年12月12日,我国首个极深地下实验室—中国锦屏地下实验室在四川雅砻江锦屏水电站正式投入使用,它的垂直岩石覆盖达2400米,是世界一流的洁净低辐射极深地下实验室。有了这个实验室,科学家便有了一个探测和研究暗物质的平台,他们可以自主地开展暗物质粒子的搜寻和研究工作,还可以进行其他国际前沿基础学科的研究。
迄今为止,暗物质粒子存在的证据依然缺乏。所以,有科学家开始怀疑暗物质的存在,其中一种观点认为,在宇宙的尺度上,引力的法则有可能和我们在地球上的理解不一样,在那样的尺度下,人们发现的所谓暗物质也许只是引力表现出的另一种不同形式而已。
暗物质的对立面—暗能量
暗物质将物质束缚在一起,而暗能量则相反,它们将物质相互分开,很像暗物质的对立面。
天文学家通过观测一种特殊的超新星发现了暗能量。这种超新星非常亮,能让天文学家在很远的地方看到它们,而且它们的亮度还非常一致。科学家通过对其研究,能了解宇宙在以怎样的方式膨胀。
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根据现有理论,宇宙产生于一次大爆炸,这意味着,绝大多数星系之间的距离会越来越大。要理解宇宙的这种运动,你可以在一只气球上涂两个相互邻近的小点,然后把气球吹大,这时你会发现两个小点之间的距离拉大了;你还可以想象你正站在其中一个点上,你会看到另一个点离你越来越远。但是,你怎樣知道那个小点离你有多远,移动速度有多快呢?这就要用上超新星了。
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超新星是恒星爆炸的产物,它们非常亮。假若我们观测到一些超新星,知道了它们的亮度,并通过光谱研究知道它们远离我们的速度,那就能推测宇宙膨胀的速度了。20世纪90年代,科学家正是基于上述考虑观测了一些遥远的超新星。出人意料的是,它们所在的地方比人们预想的更远。这说明,宇宙膨胀的速度加快了。为什么宇宙的膨胀会变快呢?人们推测有一种神秘的力量在与引力抗衡,这种不可见的力量导致宇宙加速膨胀。科学家把这种力量归咎于“暗能量”。
迎接宇宙观的大变革
暗能量构成了宇宙中不可见的主要部分,它可能占了宇宙总质量的三分之二。如果说暗物质产生引力,试图把物质结合在一起,那么暗能量就产生斥力,试图将物质分开。科学家认为,暗能量是非常微弱的,它对较小的物体只产生微弱的作用,但由于暗能量无处不在,它们结合起来的力量就非常大,足以克服来自暗物质和普通物质共同产生的引力,并把宇宙从减速膨胀的状态扭转到加速膨胀的状态上来。
到目前为止,暗物质和暗能量依然是最大的宇宙之谜。由于它们的总和占了宇宙物质总质量的近96%,假若人类不解开这道谜,就等于我们对96%的宇宙是不清楚的。假若解开了这道谜,那人类就获得了认识宇宙的巨大进步。
科学家推测,也许人类正处在一个迎接重大科学发现的关键时刻,因为一旦人类对96%的“宇宙黑暗面”有了突破性的认识,那么人类的宇宙观就会发生巨大的改变,人类对自然世界的认识就会出现根本性的变革,人们对时间、空间和物质的看法也就变得和过去完全不同了。 (张唯诚)