@ 2016.01.03 , 22:29
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试图捕捉暗物质的物理学家

宇宙是由什么构成的?

这个问题困扰了科学家和哲学家数千年,近几十年来由于物理学家们确信构成宇宙的大部分物质我们既看不到也摸不着,这个问题愈发让人烦恼。

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至少我们目前还没有触摸到它的影子。

Richard Gaitskell希望改变这一现状。他是美国布朗大学的一名物理学家,也是希望成为第一个描述神秘暗物质团队的领导者。

如果科学家们无法看到、摸到或者测量暗物质,为何他们还如此确信暗物质的存在呢?其中一个原因在于华盛顿卡内基研究所的天文学家Vera Rubin在20世纪70年代做出的工作。她测量了星系旋转的速度。

Gaitskell解释道:“如果你观察某个典型的星系,并数遍该星系中所有的星星,那么你会发现星系旋转的速度实在太快,根本无法单靠这些星星的质量将它们聚集在一起。”

星系中如果没有某个别的东西支撑这些星星,那么它们就会飞出去。

Gaitskell表示如果你计算过将某个星系聚集在一起所需的引力后,你会发现该星系中百分之九十的物质必须是某种其它的暗物质,我们的望远镜观察不到它们的存在。

一旦科学家们确信真的存在暗物质,他们就意识到它应该不是某种常规的东西,比如一团星际烟尘。

他们开始利用大型粒子加速器和灵敏探测器来寻找某种外来品,但他们一无所获。

Gaitskell说大部分科学家们现在都确信暗物质之所以如此难以探查是因为它不与其它东西相互作用,即便一直以来我们身边都存在着大量暗物质。

Gaitskell表示:“每秒钟内也许会有一亿暗物质穿过你的手掌。”暗物质也不会留下踪迹。即便你将手伸出,维持一百年不变,也不会有暗物质与你的手进行互动。

理论上来说在某些时候某个暗物质粒子会与某些东西发生互动,而Gaitskell他们要做的就是建造出一个足够灵敏的设备,检测到这样的信号。

世界上有许多科学家团队正在试图做这样的事情。Gaitskell领导的团队LUX(Large Underground Xenon,大型地下液氙实验)只是其中一个。为了搜寻暗物质,你需要一个安静的环境;宇宙射线和其它形式的射线会带来干扰信号。位于地下的液氙正好能提供这样的环境。

Gaitskell领导的团队在南达科他州布莱克丘陵一个废弃金矿下一英里深的地方,设置了一个装了815磅液氙的水箱,水箱还装满了探测器。LUX团队计划在接下来的十年里建造另外一个更大的探测器,其液氙含量是目前的二十倍。

到目前为止,世界上没有哪一个团队找到任何有价值的东西。

我问Gaitskell,一无所获是否会让他沮丧。他难道不希望能做某件成功可能性更高的事情吗?

不,他说。在他看来,即便成功的可能性很小,他也不愿意放弃这个可能改变我们对宇宙学和基本粒子物理学认知的好机会。

你不能打消别人尝试的积极性。

本文译自 NPR,由译者 肌肉桃 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 24+1

  1. 3026298

    天哪,他们捕捉了这么多年,什么都没有。。。真该查一查算引力的公式有没有错。。。

    [13] XX [20] 回复 [0]
  2. 3026306

    困扰哲♂学♂家?怎么会呢

  3. qwertyuiop
    @2 years ago
    3026317

    @me: 这不就是他们正在干的事么。

  4. 大喵
    @2 years ago
    3026326

    每秒内或许会有一亿暗物质(粒子)穿过你的手掌

  5. 幕后煮屎者
    @2 years ago
    3026327

    @me: 就算是错的,现在也提不出更准确可信的公式了 。

  6. 一刀
    @2 years ago
    3026334

    其实吧,我觉得暗物质无非是为了证明一些无法解释的现象而假设存在的一个未知,用未知来证明无法解释的现象只能在表面上看起来有道理,那么假设存在的未知又该如何证明呢,无限循环下去么?

    [2] XX [24] 回复 [0]
  7. 过路人
    @2 years ago
    3026339

    骗经费系列

    [1] XX [16] 回复 [0]
  8. 西奥笑
    @2 years ago
    3026350

    地下有“锦屏地下实验室”,天上有“悟空”卫星。
    这些年,硬件上我们慢慢地越来越厉害了啊。

  9. 3026396

    @一刀: 如果现在是一百多年前你会说:
    其实吧,我觉得电磁波无非是为了证明一些无法解释的现象而存在的一个未知。。。

    [37] XX [0] 回复 [0]
  10. 3026419

    @me: 不是“什么都没有”,而是“没有找到确定的东西”,顺带说一句,这段翻译错了,不是“没有找到任何有价值的东西”,有价值的东西已经发现很多了。

    关键是:科学家对“确定”的要求很高,因此很难做到。当科学家说“确定发现”的时候,他的意思是6个标准差,正确率是99.9997%。要达到如此之高的确定程度,就需要大量的实验数据。而暗物质的数据收集又是极其困难的。现在有一些数据,但达不到6个标准差的要求,因此科学家不会说“我们发现了暗物质”。

    数据收集有多困难呢?我举个例子。中微子的探测比暗物质简单多了,1942年就探测到中微子了。中微子的流量也很恐怖,伸出一个手指,每秒钟就会一千亿个中微子穿过。即使如此,那些有三层楼那么大的中微子探测器,每天也只能找到几个中微子而已。找到中微子尚且如此困难,暗物质就更不用说了。

    [21] XX [0] 回复 [0]
  11. 吸管
    @2 years ago
    3026435

    既然暗物质无法与其他物质作用,又怎么会吸引星星呢,前后矛盾啊

  12. 3026441

    @吸管: 暗物质有静止质量,所以和常规物质之间有引力作用。所谓的不发生相互作用指的是暗物质粒子和常规物质粒子对撞的反应截面非常小,几乎为零,宏观上就表现为相安无事地互相穿透,因此也就没法用探测器探测到。

  13. 3026442

    @吸管: 所谓“无法与其它物质作用”只是为了方便大众理解的一种不准确的说法,因为接下来就说“有时会与物质发生作用”。实际上,“无法与其它物质作用”特指电磁相互作用。因为我们平常感受到的各种相互作用,各种力,除了地球重力以外,剩下的统统都是电磁力。凡是不参与电磁相互作用的例子都不容易探测。此外,暗物质还不参与强相互作用,这就使得原子核拦截也不可能,这样的粒子极难探测。

  14. longtea
    @2 years ago
    3026444

    民科一把:有没有可能所谓的暗物质在第四维,所以我们在3维怎么检测都检测不到。

  15. 哪尼的莽莽
    @2 years ago
    3026448

    @幕后煮屎者: 实际上理论物理宇宙学方面有一堆人在结合广义相对论等修改牛顿引力公式(比方说一个明显的问题,牛顿的引力公式里不含时间,那么就假设了引力是超距瞬时作用,而这与广义相对论的一些重要且被证实的推论相悖),并拟合星系旋转曲线的数据

  16. clock330
    @2 years ago
    3026449

    @西奥笑: 不得不说悟空这个名字起得真好!

  17. 和蔼的潘堂哥
    @2 years ago
    3026488

    @吸管: 暗物质有质量 万有引力适用

  18. 泡仔
    @2 years ago
    3026506

    说的不就是鬼魂吗

  19. 一刀
    @2 years ago
    3026518

    @Kris: 然而电磁波理论通过实验明确了有波的性质,而暗物质并没有说它是什么(亚原子粒子?理论很多),这就相当于求xy二元方程的时候只知道有x,并不知道x是多少,然后有个理论说z就是x,z是什么呢?就是暗物质。

  20. blueriver123
    @2 years ago
    3026673

    假如所有的理论都能用公式和数值表示,你们不觉得这宇宙有点假么?

  21. nanerhebu
    @2 years ago
    3026708

    @一刀: 不一定需要新的假设来证明暗物质这个假设,暗物质有可能是在已有体系内自洽的

  22. 哦哦哦
    @2 years ago
    3027559

    联想到果冻:暗物质是果冻,星球是果肉颗粒

  23. 进度条
    @2 years ago
    3027668

    这算什么,中国刚刚发射了暗物质探测卫星

  24. 哈哈哈
    @2 years ago
    3031260

    你所看到的不一定是对的,更不一定是错的;你所想到的不一定是对的,也不一定是错的;但是都是客观存在的。

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