這是哈勃空間望遠鏡拍攝的星係NGC 1275 這個星係位於英仙座星係團核心部位。圖中在其核心四週可以看到很多絲狀結構 暗物質睏擾科學40年 宇宙96%組成一無所知? [附圖] - 趣味新聞網

發表日期 2011-06-08T06:13:49+08:00

     本帖最後由 aia 於 2011-6-14 20:00 編輯

這是哈勃空間望遠鏡拍攝的星係NGC 1275，這個星係位於英仙座星係團核心部位。圖中在其核心四週可以看到很多絲狀結構，這是受其磁場固定的低溫氣體物質


首先觀察到星係中恒星運動異常的美國女天文學傢維拉魯賓 (Vera Rubin)


新浪科技訊 北京時間5月18日消息，據美國太空網報道，每當夜幕降臨，抬頭仰望漫天星辰，人們會不禁感嘆宇宙的廣袤。但是你是否知道，宇宙中所能觀測到的所有恒星、行星和星係，加在一起的總品質還不到整個宇宙品質的4%。宇宙中96%的部分是由一些神秘的物質組成的，科學傢們看不到，探測不到它們，甚至無法想像齣它們的摸樣。

這些神秘物質被稱作暗物質和暗能量。盡管看不見摸不著，但是它們會對“可見宇宙”施加引力影響，而這種影響是能夠被察覺到的。而暗物質和暗能量本身則仍然隱匿於黑暗之中，無影無蹤。

5月9日，在一場在美國紐約城市大學舉行的演講中，科學作傢理查德帕內剋(Richard Panek)說：“宇宙主要的組成部分是什麼？誰知道呢！”他繼續解釋說：“現在我們對此一無所知，也或許我們永遠都搞不明白這個問題。”

在帕內剋的新書《4%的宇宙》中，他為讀者們迴顧瞭暗物質和暗能量的發現曆程。這是一個充滿驚奇的科學發現曆程，也是一條科學傢們互相激烈競爭，希望首先揭開謎底的探索之路。

暗物質

科學傢們最早察覺到宇宙中可能還存在我們所看不到的物質，是在上世紀60~70年代。維拉魯賓(Vera Rubin)是美國華盛頓卡內基研究院地磁係的一位年輕的女性天文學傢，當時她正在對星係中不同位置的恒星運動情況進行研究。

根據牛頓的經典物理學，位於星係外部邊緣的恒星，其運動速度應當相對較慢，而位於靠近中心部位的恒星運動速度較快。但魯賓卻觀察到瞭讓她震驚不已的情形：這些星係中不同位置的恒星根本沒有顯示齣任何速度上的差異，它們似乎都以相同的速度圍繞星係中央運行。

帕內剋解釋說：“這意味著星係應該會被撕裂，分崩離析。因為這不符閤引力理論，是完全不穩定的。魯賓於是認定，自己一定是什麼地方齣錯瞭。”

但是，其他天文學傢進行的重復觀測證實瞭他的觀察結果是正確的。最後，在經過大量的觀測驗證和電腦模擬之後，天文學傢們不得不接受這樣一個結果，那就是這些星係中必定存在大量我們看不到的物質。因為隻有當假設我們所看到的物質隻占星係全部物質的一小部分時，纔能解釋這樣詭異的運動模式。睏惑不已的科學傢們於是便將這些看不見的神秘物質稱為“暗物質”。

那麼，暗物質究竟在哪呢？

盡管40年來科學傢們奮力工作，可是他們至今仍然無法搞清楚暗物質的本質究竟是什麼這一問題。

一個比較流行的觀點認為，暗物質是由一種奇異的物質粒子組成的，這種粒子不會和常規物質發生反應，甚至和光也不會産生相互作用，因此是看不到的。但它卻和常規物質一樣具有品質，因此會對周邊的其他物質産生引力影響，這就是為什麼它會造成星係中恒星運動的異常，以及宇宙中其他不同尋常的現象。

然而令人沮喪的是，物理學傢們進行的長期搜尋工作仍然無法捕捉到這種奇異粒子的任何蛛絲馬跡，甚至連根據其理論性質設計的專門實驗也未能找到它的身影。

帕內剋認為，這樣的狀況給整整一代科學傢們造成嚴重的打擊。他說：“我認為對於暗物質的搜尋讓科學傢們産生瞭嚴重的挫摺感。當他們年輕時，他們信心滿滿的進入這一領域，告訴自己說，‘好吧，就讓我來解決這個棘手的問題吧。’但是在經過15年、20年之後，他們仍然沒能取得任何進展。這時候他們就會非常沮喪。他們會對自己說‘我已經將我的整個科學生涯投入進瞭這項工作之中，可是我現在都不知道自己這輩子到底還能不能再這一領域取得一些新的發現。’”

但是還是有很多滿懷激情的物理學傢們對此懷著希望。他們認為我們數十年來的工作正讓我們逐漸接近真相，而位於瑞士日內瓦的大型強子對撞機(LHC)則將有望幫助我們最終找齣暗物質的秘密。

暗能量

暗能量甚至比暗物質更加神秘莫測。它的發現更加晚，在可預見的將來，科學傢們能解開它的奧秘的可能性更小。

故事要從1990年代開始說起。當時有兩個頂尖的物理學傢小組正在從事宇宙膨脹方麵的研究工作。他們的目的是想找齣宇宙的膨脹究竟有多快，從而推測它的命運：宇宙究竟會永遠膨脹下去。還是會最終收縮成為一點，形成所謂的“大反衝”。

為瞭做到這一點，科學傢們運用特殊的方法對宇宙中各個方嚮上的超新星進行測距。隨後他們對這些天體目標進行光譜測量，以便瞭解它們遠離我們的速率有多快。

我們知道，由於光速的有限性，遙遠天體發齣的光需要花費數百萬甚至數十億年的時間纔能到達地球。因此當我們觀測遙遠的天體時，我們其實是在迴溯時間，目睹過去的時光。因此，對宇宙中不同距離上天體遠離我們而去速度的測量，我們事實上正在觀察宇宙不同時期膨脹速率上的差異。

科學傢們預計他們將觀測到兩種可能的情形：第一種是宇宙一直以一種近似相同的速率膨脹，第二種就是，隨著宇宙年齡增加，膨脹動力逐漸減弱，膨脹速率隨之變慢。

但實際觀測的結果再次讓他們目瞪口呆。因為他們所看到的情況完全齣乎他們的預料：宇宙正在加速膨脹！

這樣的事實無法用我們已知的任何物理學知識來解釋。根據傳統的物理學觀點，宇宙中全體物質的引力應當會使宇宙膨脹減速，甚至開始收縮，正如我們拋齣一個皮球，當它上升到一定的高度就會因為地球的引力而逐漸減速最後下落一樣。

帕內剋解釋說：“這就意味著，還有一種神秘的，宇宙尺度的巨大力量在對抗引力。科學界一開始完全無法接受這樣的觀點，因為這實在太詭異瞭。”

激烈競爭

科學傢們這一次將這種神秘的力量命名為“暗能量”。盡管科學傢們自己也搞不清楚這種神秘的力量究竟是什麼，它來自何方？但是它似乎確實存在，並且竟然能夠抗衡整個宇宙中全部物質引力的作用。

但是，對這種神秘力量的完全無知並不能阻擋科學傢們奮力揭開其謎底的激情。

帕內剋告訴美國太空網的記者說：“我不斷聽到的情況是，盡管在這個領域很難取得成就，並且前途不明。但是那些投身這一領域的科學傢們仍然滿懷激情，他們都在拼命工作，希望自己能首先解開這個謎團。這個問題所蘊含的巨大意義和深刻影響，讓他們非常興奮。”

總體而言，暗能量大約佔據全宇宙中73%的物質和能量，其餘23%是暗物質。而我們能看到的一切，所有星係，所有恒星和行星，所有我們所知道的一切熟悉的事物，僅僅佔據宇宙的4%。

這兩個相互競爭的科學傢小組幾乎在同一時間發現瞭這種令人震驚的事實。這種競爭隨後開始一直持續，兩個小組相互都討厭對方。

但是不管怎樣，最終在科學的曆史長河中，這兩個小組的科學傢們都已經用他們的工作留下瞭不可磨滅的功績。

帕內剋說：“我想，對於暗物質的發現將讓他們獲得諾貝爾奬，這應該隻是時間問題。”


http://big5.ce.cn/xwzx/kj/201105/18/t20110518_22426469.shtml

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