滚焊机厂家
免费服务热线

Free service

hotline

010-00000000
滚焊机厂家
热门搜索:
行业资讯
当前位置:首页 > 行业资讯

百年相对论的未解之谜宇宙幽灵-【新闻】

发布时间:2021-05-24 07:09:15 阅读: 来源:滚焊机厂家

百年相对论的未解之谜宇宙幽灵今年是广义相对论诞生100周年,100年前的12月2日,爱因斯坦阐述广义相对论的论文发表于《普鲁士科学院会议报告》,提出了颠覆牛顿定律的引力理论。根据广义相对论,物质之间的引力来自时空弯曲,任何由加速运动产生的现象都可以用等价的引力场解释。

爱因斯坦对引力的描述,能解释多个牛顿定律无法解释的现象,如水星等行星轨道的反常;提供了关于黑洞的基础理论,也是宇宙大爆炸模型的组成部分。相对论还有重要的应用价值,在GPS、北斗等导航卫星定位系统中,如果没有基于狭义和广义相对论的数据修正,误差会越来越大。

然而,相对论在揭开自然奥秘的同时,也引发了至今仍为解开的谜团。其中,暗物质和暗能量这两个宇宙幽灵,被视为21世纪物理学研究的重大问题。

暗物质和暗能量是如何现形的?上海交通大学鸿文讲席教授、粒子与核物理研究所所长季向东介绍,天文学家发现,他们观测到的一些宇宙大尺度现象,与广义相对论、牛顿力学的理论预测并不相符。例如,银河系的恒星都在绕着银河系中心高速运动,根据广义相对论,恒星离星系中心越远,其运动速度应该越慢。但实验学家观测一个螺旋星系的旋转速度时,发现星系外侧恒星的旋转速度,比预测速度快得多。

这意味着两种可能:一是广义相对论在宇宙大尺度上失效,无法正确描述星系范围的引力;二是该理论仍然成立,只是在银河系等螺旋星系中,存在人类还无法观测到的物质。其质量非常大,使星系外侧的恒星高速运转,并用足够大的引力拉住这些高速运转的星球,使其不至于因离心力过大而脱离星系。

许多物理学家选择了后一种解释,提出宇宙中存在暗物质。它们与人类已知的物质一样具有质量,却不与其发生电磁作用和强相互作用,因此人类几乎无法观测到。它们的密度很小,但数量庞大,因此总质量大得惊人。如今,据物理学家推测,银河系中暗物质的质量比普通物质多20倍以上;在整个宇宙,普通物质只占5%左右,暗物质则占27%左右,另外68%左右的质能来自暗能量。

谈到暗能量,季向东解释说,美国天文学家哈勃发现,宇宙中的其它星系都在向着距离银河系越来越远的方向移动,而且它们移动得越远,运行速度就越快。这揭示了一个真相:宇宙正在加速膨胀。根据广义相对论和人类已观测到的物质,无法解释究竟是什么力量在把宇宙越吹越大。如果广义相对论是正确的引力理论,那么宇宙中很可能存在着一种充溢空间、增加宇宙膨胀速度的能量形式。它难以觉察,却真实存在。

暗物质和暗能量的存在,都有一个前提条件:广义相对论是适用于宇宙大尺度的引力理论。如今,大多数物理学家认为相对论是正确的,因而踏上了寻找暗物质和暗能量之路。

在暗物质探测方面,我国科学家走在了世界前列。作为熊猫计划(PandaX)负责人,季向东带领团队在四川锦屏山地下实验室寻找暗物质的踪迹。理论推测,银河系中心区域集聚着大量暗物质,它们应该会弥漫到地球,估计每秒大约有上亿个暗物质原子穿透我们的身体。当暗物质原子与物质原子碰撞后,会产生极其微弱的光电信号,但要捕获它们极其困难。在地面上,各种宇宙射线对这种光电信号造成了极大的背景辐射干扰。为屏蔽干扰,实验必须深入地下。

PandaX实验正是在世界上深的四川锦屏山地下实验室进行。这一实验室由清华大学和雅砻江流域水电开发有限公司于2010年联合开发,在隧道工程建设中利用了一个约2400米深的人工井。山洞上方被深厚岩石层所覆盖,阻挡外界信号。PandaX是粒子和天体物理氙探测器的英文简写,以惰性元素氙(Xe)作为探测媒介。实验由上海交大牵头组织,合作组包括中美6家研究机构和大学在内,首期使用了约120公斤的液态氙作为靶子,探测光临地球的暗物质粒子。去年8月,实验组公布了立项4年来的首批物理数据探测器记录了约400万个粒子撞击事例,在暗物质可能产生的能量区大约有1万个事例;而在探测器中心的37公斤液氙中,只有46个事例。通过与放射源的定标比较,这46个事例全部来自放射性本底,并没有暗物质留下的痕迹。

季向东表示,首期实验主要探测的是轻质量的暗物质(粒子质量是质子的几倍),而物理学界认为,重质量的暗物质(粒子质量是质子的100倍左右)更多。为此,将目标锁定为重质量暗物质的二期实验即将启动,其探测规模和灵敏度是首期实验的4倍。实验分析结果计划明年发表,能否探测到暗物质?让我们拭目以待。

滚动轴承

土壤样品

机床滑动导轨图片