值得关注的暗物质探索新动向
其一: 太阳可能是暗物质粒子制造工厂(图)[url=http://www.sina.com.cn]http://www.sina.com.cn[/url] 2008年06月19日 07:54 [color=#a20010]新浪科技[/color][img]http://i1.sinaimg.cn/IT/ul/2008/0619/U1235P2DT20080619075146.jpg[/img]
[size=12px][align=center]太阳照片[/size][/align] 新浪科技讯 北京时间6月19日消息，据美国宇航局太空网报道，神秘的暗物质遍布整个宇宙，但其特性却是数十年来一直困扰天体物理学家的谜题。如今，一组科研人员开始对太阳内部展开研究，以探讨其最可能的成因之一，从而创造了首次有望破解这一谜团的机会。
[b] 十个小组全力寻找[/b]
人类一直认为，这种被称为暗物质的不可见东西，占据了宇宙中90%的空间。到目前为止，天体物理学家只是通过重力对恒星和星系的影响，推断出某些神秘物质的存在(例如，暗物质使星系的旋转比原本预期的要快)。
在人类假设中，暗物质的基本组成成份主要可能由两种粒子组成：即所谓的axions和WIMPs(即微弱反应大粒子)。目前有十个小组正在致力于找寻这种重量较大的WIMPs，其中GLAST小组就专门探寻假设WIMPs及其反物质自我相互消亡过程中会产生的伽玛射线。另有少数几个小组则致力于探寻重量较轻的粒子----axions。
在佛罗里达大学物理学家大卫.坦纳和其他科学家看来，无论从社会学角度还是从技术原因，WIPM小组的数量都远远多于axion小组。比如，WIMPs小组会吸引更多的天体物理学家的专业意见，另外，这一重量较大的大粒子也更让人浮想联翩。坦纳教授对SPACE.com表示，“WIMPs还意味着超对称性和超大尺寸，因此一旦被探测到，会给理论学者们提供大量的可研究空间，有很大的发展潜力。”
来自伯克利大学的X射线天文学家休.哈德森则率领一个小组进行axion研究，他表示，他们发现了一项极有前途的探寻axion的新方法：探查太阳内部。最近在圣路易斯召开的全美天文学年会上，哈德森发布了自己的研究成果。
[b] 太阳可能是暗物质粒子制造工厂[/b]
无论在电荷之下或是旋转之中，axion的重量都极轻，因此极难与宇宙中周围的物质相结合--即使在这种粒子存在的情况下。太阳被认为可能是制造这些暗物质粒子axions的工厂，具体的想法是：当太阳核心的光量子受到磁场吸引时，他们就会变成axions。由于微粒子只是偶而会与普通物质发生相合作用，因而很容易就会飞越太阳的核心部分，一路畅通地到达由其它粒子组成的太阳表层。一旦到了太阳光环之上，这里的太阳磁场是非常之强的，axions会再度变回成光量子。
哈德森小组希望，通过能够观测到太阳X射线的三大卫星--Yohkoh、RHESSI和Hinode的现有设备能找到这些光量子。哈德森表示，到目前为止的X射线影像已经显示出发现了axion信号。他整个小组成员希望，通过综合大量的映像信息产生更强的潜在的复合信号，进一步增强其探索的灵敏度。这一复合映像可以帮助天体物理学家们去除所谓的背景噪音，它可能是由任何其它物质生成的，而决不是axions。
[b] 探寻工作全面展开[/b]
另外的axion研究者都是以地面为基础的。位于日内瓦的欧洲粒子物理研究所内有一架Axion太阳望远镜，其目的就在于从太阳超热的核心探寻出axions。假设，axions碰到了天文望远镜的无电阴磁极(联合磁场)。由于受到磁场的作用，axions会再重新变成光量子，使用X射线探测仪就能监控到这些光量子所发出的X射线信号。
加利福尼亚劳伦斯.利弗默国立实验室进行了Axion暗物质实验，天体物理学家卡尔.范.比伯及同僚们希望能生成出他们自己的axions。他们制造出强烈的磁场，希望能探测到由axion衰减成单一、真正的光量子时发出的微波信号。范.比伯表示，“axion的重量如此之轻，以致于在自由空间时不会衰减成两个光量子。不过，也可以搞个有趣的把戏：如果我将一个光量子发射到磁场之中(你可以把后者想像成一片虚光子之海)，一个真正的光量子和一个虚光子可以相互作用生成一个axion，反之亦然。”
[b] 悬而未决的成果[/b]
不管是由axions构成也好，由WIMPs组成也罢，甚至由其它东西组成，这一不可见的物质似乎是无处不在。坦纳表示，“该行业人士都认为在宇宙和我们的星系中，有一种组成暗物质的未知粒子。各大星系都有由暗物质形成的晕轮，因此它们的体积看起来都比自身实际的发光实体要大得多。”
如果哈德森或其它小组要进行axions研究，那么即使声称暗物质是由前者组成也不会立即获得广泛认同。以一事为例，即使有证据表明axions确实存在，也无法否认WIMPs没有存在。范.比伯表示，“我们生活的这个宇宙就象一个类似鸡尾酒的世界，其中可能由90%的WIMPs和10%的axions组成，也可能两者的比例相当、各占一半，也可能是其它的情况。”
当然，这一切不是唯心而定的。坦纳表示，“目前还没有人知道真相，也没有人敢独断地称自己的暗物质理论是唯一正确的。我们不希望有成百上千种暗物质理论出台，因为这只能让问题愈加复杂糊涂。”
[b] 就像一次恋爱[/b]
尽管在探寻暗物质这一课题上，天体物理学家们意见不一，但却无一例外地对前景持乐观态度。范.比伯在接受电话采访时表示，“我认为，谁不乐观谁就不可能成功，我绝对抱乐观态度。我甚至希望，某一天电话铃响了，对方张口就说‘你听说某某某发现axion了吗？’会有人想出我们现在还没有想到的妙招的。我随时做好有突然发现的准备，因为能有意外之喜也确实不错。”他将自己对axion的研究比作陷入爱河，“从个人角度讲，这就像一次恋爱，陷于其中不能自拔，我已经爱上它20年了。”
对哈德森来说，太阳axions是一项荣誉，是揭开太阳内部秘密的通道。他说，“如果能利用axions，对太阳物理学和恒星物理学都是一次重大革命。一旦得以实现，将发现太阳内部的奥秘。通过对axions转换至光量子这一过程的研究，也能在太阳光环的磁场有所发现。”举例来说，axions能帮助天体物理学家们更精确地测量太阳内核的温度。(孝文）
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[[i] 本帖最后由 benlinliu 于 2008-9-27 20:09 编辑 [/i]]
新消息
美科学家称地球和月球之间存在大量暗物质http://www.sina.com.cn 2008年09月25日 07:39 [url=http://tech.sina.com.cn/][color=#0000ff]新浪科技[/color][/url][color=#0000ff][/color] 新浪科技讯 北京时间9月25日消息，据英国《每日电讯报》报道，暗物质被认为是宇宙研究中最具挑战性的课题，它代表了宇宙中90%以上的物质含量，而人类可以看到的物质只占宇宙总物质量的不到10%。美国科学家称，他们通过一种最新的理论研究发现，地球和月球之间其实隐藏着大量神秘的暗物质。
暗物质无法被人类直接观测得到，但它却能干扰星体发出的光波或引力，其存在能被明显地感受到。科学家曾对暗物质的特性提出了多种假设，但直到目前还没有得到充分的证明。新理论认为，在地球与月球之间存在着大量神秘的暗物质。这一观点也许可以用来解释所谓的“飞行异常”奇怪现象。当太空飞行器进入太空之前、尚在地球周围不断加速的过程中，所有飞行器都曾有过奇怪的速率变化过程。而根据已知的万有引力定律，不应该出现这种现象。于是有些科学家认为，这种飞行异常表明现有物理定律以及万有引力定律存在问题，爱因斯坦的广义相对论需要修正。当然这只是一种较为激进的看法。
对此，美国普林斯顿高等研究院理论家斯蒂芬-阿德勒博士持有不同的看法，他认为飞行异常现象是由一种看不见的暗物质所造成。阿德勒解释，飞行器在穿越暗物质的过程中，受到了来自暗物质引力作用，于是就引起了飞行器速率的不规则变化。美国宇航局近日发表的一份分析报告也认为，卫星或太空探测器在飞离或返回地球的过程中，其往返轨道越不对称，飞行异常现象也就越明显。美国“近地小行星交会”“舒梅克”号探测器的飞行速度就比预计的要快得多。在许多太空探测器近地4小时的飞行期间，有的出现减速现象，有的出现加速现象。
基于此，阿德勒的观点是地球周围存在着大量的暗物质。阿德勒估计，地球周边的暗物质应该位于月球的公转轨道与低空卫星的轨道之间，其总质量肯定不超过地球质量的十亿分之四。这一质量限度使得地球周围可以存在高密度的暗物质。他认为，这一观点虽然仍存在争议，但却是对此前关于宇宙存在暗物质证据的有力补充。阿德勒解释，地球周边暗物质应该集中于地球周围半径大约为7万公里的空间内，其密度远远高于此前天文学家们所估算的密度。“这些暗物质主要局限于月球公转轨道之内，最终衰竭于地球表面附近。它的密度极高，比银晕密度高出2000亿倍。”
当然，暗物质可以用来解释飞行异常现象，但同时又引出了一个新的谜团。这些暗物质是如何汇集于地球周围的呢？阿德勒认为，要达到如此高的密度，肯定存在一种层叠堆积的机制。科学家们认为，正是暗物质促成了宇宙结构的形成，如果没有暗物质就不会形成星系、恒星和行星，也就更谈不上今天的人类了。宇宙尽管在极大的尺度上表现出均匀和各向同性，但是在小一些的尺度上则存在着恒星、星系、星系团、巨洞以及星系长城。而在大尺度上能过促使物质运动的力就只有引力了。但是均匀分布的物质不会产生引力，因此今天所有的宇宙结构必然源自于宇宙极早期物质分布的微小涨落，而这些涨落会在宇宙微波背景辐射(CMB)中留下痕迹。
几十年前，暗物质刚被提出来时仅仅是理论的产物，但是现在我们知道暗物质已经成为了宇宙的重要组成部分。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，同时更重要的是，暗物质主导了宇宙结构的形成。暗物质的本质现在还是个谜，但是如果假设它是一种弱相互作用亚原子粒子的话，那么由此形成的宇宙大尺度结构与观测相一致。不过，最近对星系以及亚星系结构的分析显示，这一假设和观测结果之间存在着差异，这同时为多种可能的暗物质理论提供了用武之地。通过对小尺度结构密度、分布、演化以及其环境的研究可以区分这些潜在的暗物质模型，为暗物质本性的研究带来新的曙光。
在引入宇宙膨胀理论之后，许多宇宙学家相信宇宙是平直的，而且宇宙总能量密度必定是等于临界值的(这一临界值用于区分宇宙是封闭的还是开放的)。与此同时，宇宙学家们也倾向于一个简单的宇宙，其中能量密度都以物质的形式出现。如果人类不了解暗物质的性质，就不能说我们已经了解了宇宙。现在已经知道了两种暗物质--中微子和黑洞，但是它们对暗物质总量的贡献是非常微小的，暗物质中的绝大部分现在还不清楚。(刘妍)
[b]相关报道：[/b]
[url=http://tech.sina.com.cn/d/2008-06-19/07542268597.shtml][color=#800080]太阳可能是暗物质粒子制造工厂(图)[/color][/url]
[url=http://tech.sina.com.cn/d/2008-02-27/09482044990.shtml][color=#0000ff]美科学家提出恒星由暗物质构成新理论[/color][/url] 值得关注的有两点:
1:人们开始推测,暗物质并不远在天边
2,不再受超悬的理论(如超对称理论预言的粒子)限制与引导,直接做唯像的探测,寻求唯像的理解 或者,这些研究还并不如我理解的那样.
但是,他们未来应当这样做. 谢谢分享哦..... 这篇文章不错.大家看看有好处:
引力场时空本质[url=http://my.yiji.com/home/index.jsp?uid=5172][color=#006aaa]儿戏[/color][/url][color=#9f9f9f]提交于:2007-10-23 | 本文目前专长值：[/color][url=][color=#df0000]0[/color][/url]
[align=center]㈠、时代背景 [/align] 由于真空的特殊地位，李政道等许多理论物理学家都认为：现代物理的疑难可能都与真空有关。李政道教授说:暗物质的存在有什么根据呢？现在我重点讲一下。我们随便看一个星系，它的直径大约为20千秒差距（Kiloparsec）。在星系的周边，随便哪个星，哪个灰尘或者气体云，都各以某一速度运动，离心力是速度的平方除以那一物体离中心的距离r，这个离心力应跟引力相平衡，引力是牛顿常数跟星云里的质量相乘，除以r的平方(即公式[img]http://www.phyw.com/wytk/xtwzh/lixuesheng/xdldsk/ylchdshkbzh/ylchdshkbzh001.gif[/img] ,等式左边是重力加速度,右边是圆周运动的向心加速度,李政道教授在这里说的离心力,是因为物体在作圆周运动时,向心力与离心力的大小是相等的.——引者).所以如果你已知某个星体离星云中心的距离r，我们测量这个星体的速度V,就可以算出在这个星云里面有多少物质存在。以星系NGC3192为例，它的发光区域长约15千秒差距，但是到距离中心30千伯色处，星的速度还在增加，这表示除了看得见的物质外还有绝大多数是看不见的物质。看得见是什么意思呢？除了眼睛看得见，也包括用电磁波、红外光可以测量。看不见的暗物质不放可见光、红外光或电磁波，但它也有万有引力。由于暗物质的存在，远离星系中心的物质的速度不随距离的增大而减少。这种现象不是个别的，对所有测量过的967个星系，所有测量结果都是这样的，没有一个例外。就是说所有的星系里面绝大多数的物质都是暗物质.(引自 李政道.《物理学的挑战》。
[align=center]（二）、引力场的时空本质[/align] 相对论加强了场的概念在物理学中的重要性，使时间与空间联姻。二十世纪初，爱因斯坦面对所有一切探测“以太风”的实验都失败的事实， 认为“引入光以太”本来就是“多余的”，这样空间就又回到了一无所有的“空虚”状 态。可是这 样的认定在当时就不能自圆其说。面对空间能够传播电磁波的事实，爱因斯坦又认为空间“ 具有一种发送电磁波的性能”，是“物理空间”；在后来的广义相对论中，他认为空间的性质应由“物质的分布”来决定，实物体可以“弯曲”周围的空间。这些都显然与前面的空虚 空间的定义相矛盾。空间既然一无所有，那它就不可能具有象物质一样的性质。还有 ，如果空间中真的一无所有，那么各实物体就成了一个个的孤立个体，彼此间互相隔绝，互不相关。因为没有中间物质相连接，所以物体间的相对位置变得没有意义且无法确定；因为没有连续的物质被跨越，所以物体间的相对运动也变得没有意义和无法确定；同时因为没有背景物质作参考，所以运动路径也就无所谓和测不出曲直多少。（1）
从20世纪70年代开始发现，在螺旋星系的外面区域观测到的恒星旋转速度和从星系的可见恒星分布按牛顿定律预见的公转速度之间存在偏差，天文学家认为存在着更多的物质不能被观察，称为暗物质。80年代以前，天文学家认为暗物质与普通物质没有任何区别，然而星系形成的现代研究使宇宙学家相信暗物质中的可以观测到的部分必须具有和普通物质不同的形式，例如轴子、中微子等，现代基本粒子理论预言WIMPS粒子，但在实验上并没有被观测到。看不见的暗物质不放可见光、红外光或电磁波，但它也有万有引力。由于暗物质的存在，远离星系中心的物质的速度不随距离的增大而减少。这种现象不是个别的，对所有测量过的967个星系，所有测量结果都是这样的，没有一个例外。就是说所有的星系里面绝大多数的物质都是暗物质.
物理学抛弃ether，electromagnetic field可以在真空中传播，真空的本质是什么，为什么在真空中可以激发出各种粒子，暗物质为何不影响物体的运动？李政道(T.D.Lee)认为，真空和ether不同，它是Lorentz不变的，可它有很多复杂的性质。（3）在广义相对论中，物理真空的观念被彻底排除了。ether概念重新获得了一定的内容......广义相对论的ether是本身失去了任何力学和运动学性质的介质，但同时它能决定力学（或电磁学）过程。Dirac方程（pcα+mc2β）ψ=Eψ，对原子结构及分子结构都给予了新的层面和新的极标准的了解。Dirac关于真空中被无数electric charge充满的理论可以推广至被无数正引力质量充满着，进一步理解负引力质量空穴——引力场。由此类比广义相对论中的ether依然是真空，因为时空与引力质量是对称的，能量是它们之间的相互作用，因此实物通常是定域在绝对空间的确定区域内，而场则弥漫于绝对空间中，electromagnetic field的传播也需要介质——绝对时空。在弹性介质中其振动的传播方程不是Galileo变换下不变的，只成立于与介质相对静止的参考系中。如果把介质看成“绝对静止系”，利用它即可测量任何惯性系的绝对速度。其次，同一介质之间不是总能保持相对静止的。由于绝对时空并非“绝对静止系”，所以它们之间并不矛盾。由于绝对时空是由理论推理得到，在实验中不可能测量，与相对性原理并不矛盾。
由于相对时空的分离速度为光速，引力场的运动速度为光速，因此引力场的本质是时空，是相对时空，Einstein的相对论反映了这个问题。普遍联系的自然的内涵是：自然是一个整体，这个整体包含所有客体和全部空间，其言下之意是：给客体赋予某种物理意义，同时也必须为空间赋予某种物理意义，即客体和空间最终将得到统一。其二：所谓客体，是与周围客体或空间发生相互作用的客体，不能将客体孤立地抽象出来，同时也不能抹杀空间在其中所起的作用。作为构成自然的空间和物质它们有一个共同的本质，无论是空间和物质它们都可看成是这个特殊的本质的不同的运动形式，这也是为什么我们可以用波函数来表征粒子的原因，而且，不仅可用这个波函数来描述物质粒子，也可用他来描述空间，至于那个构成空间和物质的共同的本质则是波函数要描述的主体.
现代基本粒子理论中质量量纲为时空量纲的倒数也说明了场的时空本质的观点是正确的。由于引力场的传播速度为光速，也就是引力的传播速度为光速，大小、方向、作用点、速度是力的四要素。北京大学物理学院基本粒子理论专家曹昌棋教授认为，从现在的基本粒子理论的角度看，对称性的主要破坏是一种“自发破坏”或者说是一种表观上的破坏，即所有基本粒子原始都无质量，它们之间的相互作用有拉格朗日量描述，该量具有完全的对称性，但相互作用的结果得出的总体的基态是简并的，其中有某中场的凝聚。实际的“宇宙”的基态是这些简并基态中某一个，而所有的激发态都是在此“特定基态”上的局部扰动，从而原来拉格朗日函数的对称性就不显示出来了/我们所观察的物理过程都是发生在某个特定背景上的，使原有的对称性不能显示出来。有些粒子的质量是由于它与空间凝聚场作用的结果。这些都说明了场的时空本质，场是相对时空。19世纪、20世纪物理学最成功的发现是相对时空（场）的发现，正如Einstein所讲的：“Faraday和Maxwell的electric field理论摆脱了这种不能令人满意的状况，这大概是从Newton时代以来物理学的基础所经历的最深刻的变化。”Einstein常常把相对论称为场论，也说明了这一点。现代物理学认为，时间——空间结构在Planck长度的极小尺度下会有基本改变，也表明了场的时空本质。由于场的本质是时空，因此能量是物质与时空的相互作用。从引力场角度与时空角度研究引力质量间的作用力得到的结论一致，万有引力定律是广义相对论的一级近似。由于场的本质是相对时空，因此倘若考虑到相对时空的分离速度为光速，物理学中超距作用从时空角度考虑作用力与从场的观点得到的结论一致。引力场是时空弯曲的表现形式，因为：其一，存在等效原理。即惯性质量与引力质量相等，质点的运动轨迹只与初始条件有关而与引力质量毫无关系，在弯曲时空中自由质点的运动轨迹是测地线，其测地线也只与初始条件有关而与引力质量毫无关系。而质点在其它任何形式的力场中运动均没有这种效应。其二，若把相对某天体静止的参考系看成是惯性系，在其引力场中的局域时空内，总可以找到相对该天体运动的非惯性系，用惯性力抵消引力，则其非惯性系成为局部惯性系。在弯曲时空中，任何一个时空点的足够小的邻域，均可认为近似存在统一的空间，它是平直的。相应时空流形上的坐标近似可看成局域平直空间的曲线坐标，从而等价于某个局域非惯性系。其惯性力“相当”于引力，自然存在某一类坐标 transformation， 相当于局部惯性系的 transformation，使局域曲线坐标变成闵氏空间的仿射坐标，其局域仿射坐标所对应的参考系即是局部惯性系，在这个参考系中其引力效应全部消失。（2）
现代物理学认为引力场不等价于弯曲时空，原因在于把引力场建立在平直的Minkowski空间且独立于其空间的物理场，它们的存在对时空结构没有任何影响，或影响全可忽略。而弯曲时空是时空结构的自身改变，本质上异于平直的Minkowski空间上的物理场。其次，引力场中的局部惯性系能抹掉引力的一切效应，而在弯曲时空中的局部惯性系并不能严格作到这一点。如在引力场中的局部惯性系里，检验其惯性系的自由质点的速度，原则上没有任何限制，而在弯曲时空的局部惯性系里，检验其惯性系的自由质点的速度，要远远小于光速。其实引力场的存在将改变时空中各点的相对位置，不可能独立于其空间，平直的Minkowski空间是绝对时空，引力场与弯曲时空本质上是统一的。根据Lorentz transformation在引力场中运动的质点其引力质量随着速度的增加而增加，达到光速是为无穷大，因此在引力场中的局部惯性系里，检验其惯性系的自由质点的速度，也不可能超过光速。引力场的深入的研究必须把Euclid几何（抛物几何）与罗氏几何（双曲几何）、Riemann几何（椭圆几何）统一用射影几何研究。所谓 暗物质其实就是时空本身，WIMPS粒子本质上是时空量子。
天文学家认为，如果50亿光年以远的深处的1型超新星的光度可以作为有效的标准烛光，宇宙中就还应该存在一种与引力作用相反的斥力，表现为与引力相反的能量——暗能量。美国著名的物理学家、诺贝尔奖金获得者史蒂文.温伯格认为，宇宙常量（即暗能量）是物理学上一个名副其实的危机。天文学家按已有的知识和认识将宇宙物质的类别和分额的落阔勾画如下：物质占35%，其中5%是发光和不发光的已知天体，30%是暗物质；暗能量占65%。暗物质分为重子暗物质（例如星系际星）和非重子暗物质。非重子暗物质可能有：有质量的中微子、光微子（photino）、引力子(graviton)、引力微子(gravitino)、中性微子(neutralino)、轴子(axion)等。李政道(T.D.Lee)：“整个宇宙至少90％以上（很可能99％以上）是暗物质，而不是已知的物质。” 李政道(T.D.Lee)把这个问题列为21世纪当代科技所面临的四大问题之一，暗物质与暗能量的发现列为2003年十大科技发现的第一位。根据能量是物质与时空的相互作用，可以知道这种观点是错误的。
根据能量是物质与时空的相互作用与时空平权理论，可以进一步将质量守恒定律与时空守恒定律统一为law of conservation of energy，进而把law of conservation of energy与动量守恒定律结合在一起。根据这一观点可知广义相对论的正确，例如不是物质存在于空间、时间中，而是物质具有空间时间的广延性，当一个物体消失时，它所激发的相对时空消失，但是绝对时空依然存在。因此真空是绝对时空，Newton的绝对时空观有其正确性的一面，但是Einstein认为场论未能成功地提供整个物理学的基础。
[[i] 本帖最后由 jiangq007 于 2008-9-28 21:58 编辑 [/i]] 好长的一篇文章,有时间一定细致阅读一遍. 为3楼补充一点:
用大白话来说顶楼的事情,大概人们在设法将日冕的不明原因的高温与暗物质结合起来做综合研究.
[[i] 本帖最后由 benlinliu 于 2008-9-29 22:40 编辑 [/i]] 要花些时间慢慢看了::070821_17.jpg:: 一直在看这个,谢谢 话说今年的诺贝尔物理奖的候选名单中就有研究暗物质的物理学家的提名！yct63.gif ::0020:: yct52.gif 为暗物质发奖，我看为时尚早。
今天晚一些时候就要揭晓了，很快就知道谜底了。
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