2019年,暗物质搜索不停步

2019-01-11 10:00:48 来源: 科技日报 作者: 刘霞

宇宙中藏着某种神秘的东西,它看不见摸不着,我们仅能通过它施加给宇宙万物的引力,得知它的存在,这就是所谓的“暗物质”。暗物质对于解释恒星在星系中的运动以及人类观测到的其他宇宙现象必不可少,或许是很多宇宙事件的“幕后黑手”。

从上世纪80年代起,物理学家建造了一系列高精尖探测器,来寻找暗物质,但到目前为止,即使在最尖端复杂的实验中,暗物质也没有显露过哪怕一丝真容。

2019年,在暗物质玩的这场“躲猫猫”游戏中,科学家们将进入博弈的新阶段。从藏身地下的巨大探测器到高高在上傲视全天的大型望远镜,今年将进行的四大暗物质实验或许会给我们带来惊喜。

LIGO升级帮助寻找暗物质

2015年,“激光干涉仪引力波天文台”(LIGO)首次直接观测到引力波,让世界为之震惊和沸腾。在对设备进行一系列升级后,它将于今年早些时候开始第三轮观测。届时,它收集的数据将比以往任何时候都多。有科学家称,使用引力波数据有望揭示暗物质的“蛛丝马迹”。

2018年,有研究人员提出,如果宇宙某处潜伏着一个质量很小的“暗光子”,它的信号可能会在LIGO数据中出现,导致引力波特征出现非常特殊的不规则性。

暗光子是人类假想的普通光粒子的双胞胎粒子,如果它们存在,将是解释暗物质的一种方式。

研究人员希望,地面和未来的基于太空的引力波探测器能够做出重大发现,使暗物质研究尘埃落定。

随着LIGO“王者归来”,科学家很有可能在引力波数据中发现暗物质存在的证据。

弄清惰性中微子“真实身份”

惰性中微子也被认为是暗物质的候选粒子。在新的一年里,物理学家试图厘清两者的关系。

早在上世纪90年代,在美国洛斯阿拉莫斯国家实验室中运行的液体闪烁中微子探测器(LSND)实验中,科学家发现了一种被称为“惰性中微子”的神秘新粒子的证据。然而在接下来的20多年中,这一结果一直无法重复,其他实验没有找到任何关于该粒子的迹象。

2018年,事情突然出现了转机:美国费米国家加速器实验室的“助推器中微子实验”(MiniBooNE)再次探测到了该信号,表明除了电子中微子、μ中微子和τ中微子外,第四种中微子——惰性中微子可能真的存在。

中微子可以几乎不受阻碍地穿过其他物质,就如同其他物质不存在一样,因而被称为“幽灵粒子”。但常见的三种中微子质量太小,不可能是构成暗物质的成分。而惰性中微子是一种质量更大、与普通物质间的相互作用也更弱的中微子。

有科学家认为,如果惰性中微子的质量足够大,就可能是寻找已久的暗物质。他们希望能在2019年弄清楚惰性中微子的“真实身份”。

大型综合巡天望远镜“开眼”

“大型综合巡天望远镜”(LSST)是科学家们正在智利建造的一台望远镜,每隔15秒,它就可以拍摄到大片天空的详细图像;每3天就能完成一次全天空扫描。

众所周知,暗物质塑造了星系及其恒星相互运动和相互作用的方式。LSST的目标是提供有关宇宙如何运作的前所未有的细节,这应该能为天体物理学家提供大量有关暗物质性质及其在宇宙中所起作用的数据。

2019年,研究人员将首次打开该望远镜重达2800千克的“眼睛”,让其对整个天空投去深情的一瞥。LSST有望在2022年进入完全运行状态,并在智利北部的帕切翁山展开为期10年的全天巡视。在10年时间里,它将对获得的图像进行比较,以追踪天空的变化规律,为理解暗物质如何“搅动”宇宙提供最深入的数据资源。

捕捉氙气与暗物质碰撞产生的微光

一直以来,粒子物理学家推测,暗物质的第一个直接标志可能是一道闪光:由于暗物质在非常暗的房间内与惰性物质发生碰撞,这些物质会发出微弱的光斑。几十年来,科学家根据这一原理建造了探测器,但迄今为止,没有一个探测器产生确定的结果。

因此,有不少科研团队决定另辟蹊径——有的对现有设备进行升级,还有的则是建新的探测器来寻找暗物质。

2019年,中国科学家将在“粒子和天体物理氙探测器”(PandaX)平台上努力工作,该平台昼夜不停地盯着氙气寻找闪光——如果氙原子同暗物质粒子发生碰撞,产生的微光将会被探测器捕捉到。科学家正加速升级该探测器,希望在2019年—2020年完成大部分工作。升级后的探测器将称为“PandaX-xt”,可容纳4吨氙气。

美国的暗物质研究人员也不甘示弱。位于美国南达科他州一座废弃金矿地下约一英里处的“大型地下氙实验(LUX)”也将全面升级,更名为“LUX-Zeplin”,容纳10吨液态氙。与“PandaX-xt”一样,该项目可能要到2020年之后才完工。

意大利也计划将其探测器“XENON”升级至8吨液态氙规模,名为“XENON-nt”,升级可能在2019年完成。

上述四种搜寻方法,会让科学家在2019年获得暗物质的确切证据吗?我们并不确定。或许暗物质真的存在,不过是以截然不同于我们预期的方式存在。

不管怎样,人类对宇宙的探索永无止境,许多未解之谜等待解开。比起找到暗物质,更大的探索还在后面,但暗物质像一把钥匙,能够打开物理学更深层次理论的大门。

LSST效果图。图片来源:LSST官网

2019年,暗物质搜索不停步

2019-01-11 08:29:49 来源: 科技日报 作者: 本报记者 刘 霞

宇宙中藏着某种神秘的东西,它看不见摸不着,我们仅能通过它施加给宇宙万物的引力,得知它的存在,这就是所谓的“暗物质”。暗物质对于解释恒星在星系中的运动以及人类观测到的其他宇宙现象必不可少,或许是很多宇宙事件的“幕后黑手”。

从上世纪80年代起,物理学家建造了一系列高精尖探测器,来寻找暗物质,但到目前为止,即使在最尖端复杂的实验中,暗物质也没有显露过哪怕一丝真容。

2019年,在暗物质玩的这场“躲猫猫”游戏中,科学家们将进入博弈的新阶段。从藏身地下的巨大探测器到高高在上傲视全天的大型望远镜,今年将进行的四大暗物质实验或许会给我们带来惊喜。

LIGO升级帮助寻找暗物质

2015年,“激光干涉仪引力波天文台”(LIGO)首次直接观测到引力波,让世界为之震惊和沸腾。在对设备进行一系列升级后,它将于今年早些时候开始第三轮观测。届时,它收集的数据将比以往任何时候都多。有科学家称,使用引力波数据有望揭示暗物质的“蛛丝马迹”。

2018年,有研究人员提出,如果宇宙某处潜伏着一个质量很小的“暗光子”,它的信号可能会在LIGO数据中出现,导致引力波特征出现非常特殊的不规则性。

暗光子是人类假想的普通光粒子的双胞胎粒子,如果它们存在,将是解释暗物质的一种方式。

研究人员希望,地面和未来的基于太空的引力波探测器能够做出重大发现,使暗物质研究尘埃落定。

随着LIGO“王者归来”,科学家很有可能在引力波数据中发现暗物质存在的证据。

弄清惰性中微子“真实身份”

惰性中微子也被认为是暗物质的候选粒子。在新的一年里,物理学家试图厘清两者的关系。

早在上世纪90年代,在美国洛斯阿拉莫斯国家实验室中运行的液体闪烁中微子探测器(LSND)实验中,科学家发现了一种被称为“惰性中微子”的神秘新粒子的证据。然而在接下来的20多年中,这一结果一直无法重复,其他实验没有找到任何关于该粒子的迹象。

2018年,事情突然出现了转机:美国费米国家加速器实验室的“助推器中微子实验”(MiniBooNE)再次探测到了该信号,表明除了电子中微子、μ中微子和τ中微子外,第四种中微子——惰性中微子可能真的存在。

中微子可以几乎不受阻碍地穿过其他物质,就如同其他物质不存在一样,因而被称为“幽灵粒子”。但常见的三种中微子质量太小,不可能是构成暗物质的成分。而惰性中微子是一种质量更大、与普通物质间的相互作用也更弱的中微子。

有科学家认为,如果惰性中微子的质量足够大,就可能是寻找已久的暗物质。他们希望能在2019年弄清楚惰性中微子的“真实身份”。

大型综合巡天望远镜“开眼”

“大型综合巡天望远镜”(LSST)是科学家们正在智利建造的一台望远镜,每隔15秒,它就可以拍摄到大片天空的详细图像;每3天就能完成一次全天空扫描。

众所周知,暗物质塑造了星系及其恒星相互运动和相互作用的方式。LSST的目标是提供有关宇宙如何运作的前所未有的细节,这应该能为天体物理学家提供大量有关暗物质性质及其在宇宙中所起作用的数据。

2019年,研究人员将首次打开该望远镜重达2800千克的“眼睛”,让其对整个天空投去深情的一瞥。LSST有望在2022年进入完全运行状态,并在智利北部的帕切翁山展开为期10年的全天巡视。在10年时间里,它将对获得的图像进行比较,以追踪天空的变化规律,为理解暗物质如何“搅动”宇宙提供最深入的数据资源。

捕捉氙气与暗物质碰撞产生的微光

一直以来,粒子物理学家推测,暗物质的第一个直接标志可能是一道闪光:由于暗物质在非常暗的房间内与惰性物质发生碰撞,这些物质会发出微弱的光斑。几十年来,科学家根据这一原理建造了探测器,但迄今为止,没有一个探测器产生确定的结果。

因此,有不少科研团队决定另辟蹊径——有的对现有设备进行升级,还有的则是建新的探测器来寻找暗物质。

2019年,中国科学家将在“粒子和天体物理氙探测器”(PandaX)平台上努力工作,该平台昼夜不停地盯着氙气寻找闪光——如果氙原子同暗物质粒子发生碰撞,产生的微光将会被探测器捕捉到。科学家正加速升级该探测器,希望在2019年—2020年完成大部分工作。升级后的探测器将称为“PandaX-xt”,可容纳4吨氙气。

美国的暗物质研究人员也不甘示弱。位于美国南达科他州一座废弃金矿地下约一英里处的“大型地下氙实验(LUX)”也将全面升级,更名为“LUX-Zeplin”,容纳10吨液态氙。与“PandaX-xt”一样,该项目可能要到2020年之后才完工。

意大利也计划将其探测器“XENON”升级至8吨液态氙规模,名为“XENON-nt”,升级可能在2019年完成。

上述四种搜寻方法,会让科学家在2019年获得暗物质的确切证据吗?我们并不确定。或许暗物质真的存在,不过是以截然不同于我们预期的方式存在。

不管怎样,人类对宇宙的探索永无止境,许多未解之谜等待解开。比起找到暗物质,更大的探索还在后面,但暗物质像一把钥匙,能够打开物理学更深层次理论的大门。

LSST效果图图片来源:LSST官网

萨特的无神论观点的形成应该追溯到他的童年。从12岁开始,萨特就一直坚持“上帝并不存在”的信念,并始终把这视为绝对的真理,再也没有对此有过任何怀疑。但萨特少年时代对无神论的理解与他成年以后的理解是很不同的。

早年丧父、自幼孤独而无人管束的萨特最初仅仅是从没有人要求他服从的体验出发直观地得出上帝不存在的结论,他以为大人们说上帝这个看不见摸不着的东西真好似开玩笑。而随着年龄的增长,阅历的增加,他就深化了他的无神论思想,并且从一种“精神的无神论逐渐演变为物质的无神论”,也就是说,他不相信上帝的存在并不限于一种念头,而是把这种思想深入到与外部世界——物的世界的关系之中。

而这种强烈的对上帝的否定情绪是导致他从事哲学的一个重要原因。他认为无神论十分适合他的哲学探求,因为他要创立一种“新的以人为中心的哲学,即在一个物质世界中建立一种人的哲学”。他认为大多数哲学家都或多或少是有神论者,必须打破旧的传统为建立无神论而进行不懈的努力。

有一点需要特别提出的是,萨特对“上帝不存在”的论证是有其深刻的含义的。在萨特看来,上帝是一种理想的境界,是完美的自在与自为的统一,即自为—自在之物,虽然人努力要达到这种统一,每时每刻都向这个理想境界靠近,但这种目的是永远不可能达到的。这就证明了上帝是不存在的,虽然世界上存在着上帝的观念,甚至还有神的面貌。

法国著名哲学家、基督教人格主义代表人物慕尼埃在他的《存在主义导论》及《绝望者的希望》两本书中,都曾经指出萨特存在主义哲学中的宗教因素,特别把存在主义与基督主义相类比。

诚然,与有神论存在主义者(比如德国的雅斯贝尔斯、法国的马塞尔)不同,萨特的存在主义否定神明的存在,把全部赌注下在人自身上面,而前者最终把人的存在归于上帝的存在之中。但是,慕尼埃认为,这二者却有相同之处。

第一,慕尼埃认为,存在主义和基督主义都具有一种要求“本真”的意图。二者都认为,真理的揭示只有在人们不断地警惕“自欺”的情况下才可能实现。萨特的存在主义认为,对一个存在者来讲,最重要的并不是与物的闪烁一样的美的游戏……而是真正的生命,我的自由的不断的自由化,是对物的惰性、对自身和僵死思想的挣脱。这种人类存在对生活、对物质的超越性,这种要求自身不断升华反叛的特征都与基督主义要求人们超越自身、皈依上帝的教诲相似。只不过前者是向着把人制造成某种上帝的自由的创造王国而超越,而后者向着上帝所在的天堂乐园。

第二,慕尼埃认为,无神论存在主义者萨特——海德格尔等也同样——都强调人是在世的,是与世界不可分的,人的处境使人得以意识到自身,同时也意识到外部世界。人的存在离开尘世是不可能的。慕尼埃认为这都涉及“肉身化”的概念,这与基督主义,特别是晚近的基督主义的主张有所靠近,要重新发现世界的意义和历史的价值,在慕尼埃看来,基督徒从一开始就与神秘主义的诺斯替教派不同,一位天使在基督消失的山上对仰天而望的基督徒说:“为什么在那里空望?你们的使命从此就在你们的脚下。”这就是基督教的出发点。基督的精神要化入世人的身上,这种肉身化在慕尼埃看来与萨特存在主义的“入世”、“灵与肉体”的应和是可以相通的。

第三,慕尼埃认为,在对尘世的态度上,萨特存在主义与基督主义亦有相通之处。诚然,基督主义不是本体论的,世界和人的观念是预先定好的,世界的存在与作为一切存在的根源的上帝是不可还原的。而世界的建立必须通过爱的行为,即通过对上帝的靠近实现,因而,赎罪就是建议人们通过肉身化的规范与上帝的精神化一,赎原罪还意味着要求人与世界返归于上帝的“原在”之中。因而,基督哲学总是在对这种统一的关注与在时间的绵延中建立世界和人的具体的行为的多样性所包含的悲剧意义之间发展。

而慕尼埃认为,萨特的存在主义(海德格尔等也同样)对于世界——即自在的看法也含有这种悲观主义的因素。不管是谁只要一接触尘世,就会对这荒谬、脆弱、黏滞的世界有“厌恶”感。那么和所有存在主义者一样,萨特所揭示的“焦虑”并不仅仅是在存在处境条件限制的焦虑,这实际就是介入到尘世进行选择之前的焦虑,这就可以说,焦虑是人的存在本身所具有的焦虑,实际上也就是希求自在与自为统一而产生的焦虑。人要存在必须经历焦虑,必须进入这混沌的大千世界。

慕尼埃对萨特存在主义与基督主义的类比,虽然从理论上讲有些牵强,但若从他的思路和精神来看,并非没有借鉴之处,它有助于我们了解萨特无神论的深藏意图。事实上,萨特是深受尼采等非理性主义倾向影响的,他从理论上认为上帝是不存在的。但是,他并非没有他的最高的信仰,他的信仰就是自由,他的上帝就是虚无。他总爱讲在自由选择中没有善恶标准,没有任何东西能阻止自由,但细细看来,萨特并非没有善恶标准,只有对自由有用的东西才是美的、善的,而把人表现为不自由的东西则是丑的、坏的。

——杜小真《萨特引论》


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