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寻找暗物质

2017-03-16

小学科学 2017年2期
关键词:暗物质爱因斯坦宇宙

2015年12月17日,一颗由中国制造的特殊卫星发射升空,它的名字叫作“悟空”。这颗卫星进入太空的使命只有一个:寻找传说中神秘的暗物质。啥是暗物质?难道……是什么不可告人的、恐怖的、极具破坏力的神秘物质?

好怕怕,快来解答一下吧!

有质量的宇宙

美国科学家在一份报告中曾列出了未来百年要解答的11個重大科学问题,其中“什么是暗物质”被排在第一位,可见这种物质有多重要。

简单来说,暗物质是一种不发光、不发出电磁波、也无法用任何光学或电磁观测设备直接“看”到的物质。这就奇怪了,既然暗物质看不见摸不着,人类是怎么知道它们的存在的呢?

这个问题要追溯到爱因斯坦他老人家那里。

1915年,爱因斯坦根据自己提出的相对论推测,我们身处的这个宇宙是一个封闭的空间。也就是说,宇宙并不是无边无际的,它有大小、质量,甚至是有尽头的。经过复杂的计算,爱因斯坦得出了宇宙中物质的平均密度,进而也就推算出了宇宙的总质量。

难题来了

爱因斯坦对于宇宙的新见解得到了此后众多科学家的肯定,可事情并没有这么简单。后来的天文学家在观测和计算后发现,宇宙中的物质密度并没有爱因斯坦算出来的那么高。事实上,可观测到的宇宙的密度,甚至是爱因斯坦测算结果的1/100!

难道,宇宙中有大量的物质都“失踪”了?后来,科学家们就干脆把这些疑似“失踪”了的物质称作“暗物质”,并开始了漫长的寻找暗物质的历程。

看不见摸不着

暗物质如果存在,它们一定非常有意思,因为它们看不见摸不着,简直就像游荡在空间中的幽灵一般。

已知的宇宙由各种粒子构成,这些粒子自身带有电荷,相互之间有电磁场的作用,符合天体力学的规律,所以能够被观测到。但是,暗物质是不带电荷的,相互之间也没有电磁场的作用,因此它们既不能被看到,也不能被触摸到,可以像幽灵一样穿透障碍物。

你可以这样想象:在我们周围,可能就存在着大量的暗物质,但我们和暗物质之间没有任何交集,这就是迄今为止人类也没有真正找到暗物质的根本原因。

怎样寻找暗物质

天文学家和高能物理学家一起合作,找到了三种探寻暗物质的方法:第一种,是在大型粒子加速器上通过让两束高能粒子对撞,将暗物质粒子“创造”出来,目前欧洲核子中心的大型强子对撞机正在做这个工作;第二种,是在地下进行直接探测,比如中国四川锦屏的地下实验室,就是目前世界上最深的研究暗物质的实验室;第三种方法最直接,就是飞到太空中进行空间探测。

发射“悟空”上天就是第三种方法。

暗物质对于研究宇宙的成因有着重要的意义。科学家相信,一旦人类揭开了暗物质之谜,那人类对于宇宙的认识将迎来继哥白尼的日心说、牛顿的万有引力定律、爱因斯坦的相对论以及量子力学之后的又一次重大飞跃。

想想就兴奋,你呢?

宇宙是“暗”的

我们这个宇宙中的暗物质的总质量是普通物质的6.3倍,在宇宙能量密度中占了1/4,而整个宇宙的84.5%都是有由暗物质组成的。更有一些天文学家认为,我们平常看不见的暗物质很可能占有宇宙所有物质总质量的95%,而人类可以看到的物质只占宇宙总物质量的5%!

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