物理学理论面临第五次大突破

xx_912

物理学理论面临第五次大突破

--------------------------------------------------------------------------------
& V. q5 H. y0 n- e) i
作者：何祚庥   2005-3-1 2:25:57 搏客力量 推荐 [科技]




% P# X8 Z- J5 Q: ^2001年人类第一次观测到的暗物质

$ Z4 c( k  J( ?4 k7 W8 `8 X" v　　
- R8 V7 Q2 B1 G7 }　　宇宙的组成是什么?在宇宙中，除了人们常见的各种发光的星球，星系，星系团、类星体，……等等发光天体，是否还存在着不发光的天体，或不发光的物质？

　　在宇宙中是否还存在不发光物质，不发光的天体？这似乎是不成问题的问题。例如，在太阳的周围有九大行星，有月亮这类的卫星。这些行星或卫星自身并不会发光，它们仅能反射光。既然在太阳系里存在着这种仅能反射光但不发光的物质，理所当然地也能希望这种形态的物质也能在其它星系中存在。

! f0 b# _3 C* h3 H1 p, c3 s　　更受到广泛关注的或更为重要的问题是，宇宙中是否除质子、中子，电子等“会”发光的物质以外，还存在着在原则上就不会发光的物质，或者说，它们自身不仅不能发光，而且也不会反射、折散或散射光，亦即对各种波长的光，它们都是百分之百的透明体！在宇宙中是否存在占95％以上的暗物质和暗能量亦即透明物质的问题，这是当前宇宙论研究中一个重大的热点。
) P; ?; e7 g$ P1 {/ X3 K6 x
　　何谓暗物质和暗能量？

　　暗物质和暗能量概念的提出，首先是因为在天文观测中发现一系列和引力相关的物理效应，只能用引入存在着绝对透明的物质的观念才能加以解释。当前要探讨或解决的首要问题，“何谓暗能量”？

　　暗物质有两种形式：一是热暗物质；二是冷暗物质。热暗物质的最佳候选者是中微子。但中微子构成暗物质的前提，是三种中微子之中，至少有某一种中微子具有静止质量。近20多年来，有许多直接测量或间接测量中微子质量的方案。

0 v( n2 |+ C* o7 h5 j! Y　　至于冷暗物质，一般公认为带有超对称性质的中性重粒子，Neutralino是最佳候选者。在中国，现在高能所正和丁肇中实验组合作搜寻Neutralino的带电的伙伴Chargino。如果能够找到，这当然是高能粒子物理的重大事件，对于人们用“超对称”中性粒子解释冷暗物质的假说，是一个有力的支持。
3 {% Y6 z2 I, P& ~% Z
  h# B" c/ z. K; K* k6 A* B　　至于暗能量却是近几年来由于微波背景辐射的细致观测(WMAP的精密数据,Supernovae
% i# `3 E% l8 {4 W: Q6 l$ m
　　Ia的数据)，导致了以下一些惊人的结果：a)宇宙年龄是137±2亿年；b)哈勃常数是
7 ~* [5 J- H1 _9 g" A
) y: g; t- B) d2 t, |' d% `' P　　0.71±
  ^1 M. s( t4 Q4 i( |9 J& z3 J
+ P0 u4 S; K* T+ R) M) M+ l4 S　　0.04公里/秒/Mpc;c)宇宙呈现以下结构，宇宙总质量（100%）≌重子+轻子（4.4%）+热暗物质（≤2%）+冷暗物质（≈20%）+暗能量（73%），而总密度Ω0=1.02±0.02，亦即恰好差不多等同于平直空间所要求的临界密度。 暗能量将具有一些前所未发现的一些新的性质，通常物质（包括暗物质）的特点是：

( z' v7 J$ ?2 o9 O$ {　　如果状态方程由P=Wρn所表示，（其中P是压力，ρ是密度，W是某一常数，n是某一数值），那么对普通物质恒有W≥0，而暗能量的状态方程却是W=-1。W=-1，意味着压力P是负值，而在通常的状态方程中，压力P是正值。过去，物质的密度越大，压力P越大，而现在压力P却“负”得越大！
- ]+ X/ n% [1 J* ~# ~6 r
　　这里要研究的问题是：1)观测或实验上能否进一步确认暗能量的存在？暗能量还有那些特征或特点？2)有什么样的理论模型能解释这一新的物质形态？其实，在宇宙学的领域，直到现在也还没有解决“何谓暗物质”？总之，一种新的尚没有为人们所能理解的物质形态出现了！这种新的物质形态的出现，必将导致物理学理论的新的大突破。