【黑洞和暗物质,居然是这种关系?】版权归原作者所有,如有侵权,请联系我们
据最新一期《天体物理学杂志》发表的一项研究,美国迈阿密大学、耶鲁大学和欧洲空间局的天体物理学家们,提出了一个颠覆教科书的观点:原初黑洞是宇宙中所有暗物质的来源。
他们建立了宇宙如何形成的替代模型,发现所有黑洞(从小到针头到能覆盖数十亿公里的黑洞)都是在大爆炸后立即产生的,并“占据”了所有暗物质。

该研究表明黑洞自宇宙诞生以来就已经存在,并且这些原始的黑洞,可能就是迄今为止无法解释的暗物质之祖。如果近日发射的詹姆斯•韦布空间望远镜未来能收集到确凿的数据加以证明,那么这一发现可能会改变对暗物质和黑洞这两大宇宙奥秘的起源和性质的科学理解。
迈阿密大学物理学助理教授尼科·卡佩鲁蒂表示:“我们的研究预测了如果暗物质不是未知粒子,而是来自大爆炸期间形成的黑洞,那么早期宇宙会是什么样子——它正如斯蒂芬·霍金在上世纪70年代所认为的那样”。
不再需要“新物理学”?
“这将产生几个重要的影响,”卡佩鲁蒂说,“首先,我们将不再需要‘新物理学’来解释暗物质。其次,这将有助于我们回答现代天体物理学中最引人注目的问题之一:早期宇宙中的超大质量黑洞怎么会增长得如此之快?
鉴于我们今天在现代宇宙中观察到的机制,它们没有足够的时间形成。这也将解决一个长期存在的谜团,即为什么星系的质量总是与其中心的超大质量黑洞的质量成正比。”
从未直接观察到的暗物质被认为是宇宙中的大部分物质,并充当星系形成和发展的支架。另一方面,已经观察到的、可在大多数星系中心发现的黑洞,其空间中物质如此紧密地压缩在一个点,让它们产生强烈的引力。
由耶鲁大学天文学和物理学教授普利亚万达·纳塔拉詹和欧洲空间局科学主任金特·哈辛格共同主导的这项新研究表明,所谓各种大小的原初黑洞,其实“占据”着宇宙所有的暗物质。

黑洞啊,你全是谜
“不同大小的黑洞仍然是个谜,”哈辛格解释道。“我们不明白自宇宙存在以来,超大质量黑洞怎么会在相对较短的时间内变得如此之巨大。”
他们的模型调整了霍金和物理学家伯纳德·卡尔最初提出的理论,后者认为在大爆炸后的前几分之一秒内,宇宙密度的微小波动可能创造了一个起伏的景观,其中包含“块状”区域,具有额外的质量。这些块状区域会坍塌成黑洞。
该理论并未获得科学依据,但卡佩鲁蒂、纳塔拉詹和哈辛格表示,只要稍加修改,它就可能是有效的。他们的模型表明,在早期宇宙中,第一批恒星和星系会在黑洞周围形成。他们还提出,原初黑洞有能力通过吞噬附近的气体和恒星,或与其他黑洞合并而成长为超大质量黑洞。

“原初黑洞,如果它们确实存在,很可能是所有超大质量黑洞形成的种子,包括银河系中心的黑洞,”纳塔拉詹说。“这个想法让我个人觉得非常令人兴奋,它优雅地统一了我正在研究的两个真正具有挑战性的问题——探索暗物质的本质以及黑洞的形成和生长,并一举解决了它们。”
证实还是否定,或很快知道答案
原初黑洞也可能解决另一个宇宙学难题:与X射线辐射同步的过量红外辐射,是从散布在宇宙中的遥远昏暗源中检测到的。研究人员表示,不断增长的原初黑洞将呈现“完全”相同的辐射特征。
最重要的是,原初黑洞的存在,可能会在不久的将来得到证实或否定——这要取决于去年底从法属圭亚那发射的韦布空间望远镜和欧洲空间局计划于2030年代执行的激光干涉仪太空天线(LISA)任务。
由美国国家航空航天局、欧洲空间局和加拿大航天局为接替哈勃空间望远镜开发的韦布望远镜可回溯超过130亿年的宇宙历史。如果暗物质由原始黑洞组成,那么在早期宇宙中,它们周围就会形成更多的恒星和星系,而这正是宇宙时间机器能够看到的。
“如果第一批恒星和星系已经在所谓的‘黑暗时代’形成,韦布应该能够看到它们的证据,”哈辛格说。
与此同时,LISA将能够从原初黑洞的早期合并中获取引力波信号。
来源: 科技日报

【陈学雷丨聆听宇宙“天籁”,探寻暗物质之谜】版权归原作者所有,如有侵权,请联系科普中国
“天籁”是一种宇宙的韵律,
我们想要探测宇宙大爆炸产生的声音,
然后用它去理解暗能量到底是一种什么东西。

陈学雷 · 中国科学院国家天文台研究员 宇宙暗物质与暗能量研究团组首席科学家
宇宙是怎样开始的呢?有的朋友说,宇宙开始于一个大爆炸。
这是上个世纪一些科学家提出来的一种大胆猜想,后来这种理论被观测证实了。
宇宙的未来是怎样的?
既然宇宙开始于大爆炸,那么它有没有结束?未来是什么样子呢?
其实提出宇宙大爆炸理论的这些科学家也做了一些预言,他们假定宇宙中充满了各种物质,然后使用爱因斯坦的广义相对论去预测宇宙的命运。

大家可以看到左面展示的是大爆炸的过程,而右面的这幅图上展示的是对未来的预测。
宇宙经过大爆炸以后,它就处在膨胀中,由于物质万有引力的作用,它会使膨胀慢慢变慢,变慢以后会怎么样呢?
这就取决于这里面物质的多少,和一开始膨胀的速度之间的关系。
如果这个膨胀的速度一开始不是那么大,而物质很多,那么造成的结果就是它膨胀到一定程度以后,膨胀就会慢慢地减速,最后减到一定程度,很可能就停止了膨胀。然后又开始收缩,收缩到一定程度以后,最后就进入了一个“大塌缩”的状态。
大塌缩之后宇宙会变成什么样子?目前并不知道,因为到那个时候,所有的能量和密度都太高了,现在的理论都无法描述。
如果宇宙一开始的时候膨胀速度比较快,而这个物质并没有那么多,它也会使宇宙的膨胀减速,但是减速可能不足以使它停下来,这样的话宇宙就会一直的膨胀下去。
也就是这幅图里右边的两种图景——它一直膨胀,但是减慢的速度可能没有那么明显。
这就是过去,大家对宇宙的未来的认识,那是不是这样子呢?到底这几种情况哪一种是对的呢?
加速膨胀的宇宙
已完成:10%
在上个世纪的八十年代,有一些科学家想要解决这个问题,但是都面临一个很大的困难,就是我们怎么才能判断到底是哪一种情况呢?
这个办法就是测量不同时刻宇宙膨胀的速度。

左边这幅图上展示的是日常生活当中很常见的测量速度的方法。
宇宙学当中的这个情况略有不同,但道理是一样的,就是测量宇宙中的不同时刻,它膨胀到底有多快,然后看看它的速度是怎么变化的。
当然宇宙学当中一个很大的问题在于,我们并不知道怎么样测量这个距离。
自古以来,想要了解天体的距离就是非常困难的。
比如说,我们国家有一个著名的寓言,据说孔子遇到了两个小孩在辩论:太阳到底是在早晨的时候离我们近一些,还是在中午的时候离我们近一些?
两个小孩都提出了一些很好的论据,孔子就没有办法决定了,这就是所谓“两小儿辩日”的故事。
实际上想要测量像太阳这样一个离我们比较近的天体的距离,并不是那么容易,要测量更远处的天体,当然就更难一些。但是科学家还是提出了一些方法。一种办法就是通过所谓“标准烛光”来测量距离。
什么叫标准烛光呢?
在19世纪的时候,人们为了研究光学,发明了一种比较标准的蜡烛,这些蜡烛点出来以后,光的亮度都是一样的。
把它放在不同的距离上,可以看到,越远的蜡烛看上去越暗一些,这就是标准烛光的作用。
就是我们知道它的绝对发光亮度,又可以测出它看上去有多亮,根据这两者之间进行比较,就可以知道天体到底有多远了。
问题在于我们有没有这样的蜡烛呢?
科学家们找到了一种这样的“蜡烛”,这个“蜡烛“就是Ia型的超新星。
什么是超新星呢?
天空中的星星,有一些暗,有一些亮,亮的大多是离太阳系比较近的一些恒星。有时这些恒星会突然发生爆炸——爆炸往往是因为到了它的寿命尾期,或者由于它的核心塌缩,或者是由于吸积了别的物质。
在宋朝的1054年,大家突然发现白天里出现了一颗星,非常非常亮,在白天都可以清楚地看到。
这颗星就是著名的1054年超新星,它遗留下来的爆炸痕迹今天还可以在天空中看到,就是所谓的蟹状星云。
这颗超新星的爆炸亮度最大的时候,可以达到太阳亮度的100亿倍。

上图的右边,就可以看到,一个星系中一颗超新星爆发以后,它非常非常亮。
虽然它这么亮,但是要在宇宙的距离上看到它,还是很困难的。我们需要在非常远的地方找到这样的超新星。
天文学家在漫天星斗中寻找这种超新星,可能就是有一个地方稍微亮了一点儿,亮的那一点儿实际上就是个超新星。
超新星有不同的种类。其中有一种超新星叫做Ia型的超新星,它的亮度经过一些修正后,可以作为一种标准烛光,并且可以拿它来确定距离。

在20年前,当时国际上有两个相互竞争的科学家团队,这两个团队有一个惊人的发现。
他们当时本来是想要测量宇宙到底是持续地膨胀下去,还是到一定程度以后会减速最后转成收缩,结果他们发现这两种情况都不对。
他们发现的是什么结果呢?
宇宙膨胀是在加速,越胀越快。
这项结果轰动了全球,其中贡献最大的几位科学家也获得了诺贝尔物理学奖。
神奇的暗能量
已完成:30%
这就给我们提出了一个问题,就是为什么宇宙膨胀越来越快?原来这些大爆炸的提出者的预言错了吗?
科学家们进一步提出了各种理论,最终得到了一个结论,就是宇宙当中可能含有大量的暗能量。
现在组成宇宙的普通物质只占我们这个宇宙的5%左右,剩下的95%以上的,很可能都是一些我们不知道的物质,其中有百分之二十多是所谓的暗物质。
虽然暗物质不发光,我们看不到它,但是根据它的引力可以推测,它在星系或者星系团中大量存在,占这个宇宙的百分之二十多。
它的性质还算不难理解,它毕竟是产生万有引力的。
而这个暗能量,它的性质就非常奇异。它的效应是使得宇宙的膨胀加速,也就是说相当于某种万有斥力一样,这是一种很神奇的东西。
正因为它这种神奇,我们给它起了个名字叫做“暗能量”,但是它到底是什么?我们其实并不知道。
有了暗能量以后,宇宙的命运就会发生很大的变化。就是它不但在膨胀,而且膨胀得越来越快。
来源: 格致论道讲坛

#国学#
随着量子卫星上天,我们不禁思考,现代物理走到多远了?当代科技最前沿发现了什么?

我们的世界观,因为几个最新的科学,竟然全被颠覆了!

下面内容,摘自一篇通俗易懂的科普文章,作者是北京大学地球物理学毕业的高材生,也是优秀的地球物理学家。

一、暗物质
怎么发现有暗物质?

我们原来认识的宇宙的形态,是星球与星球之间通过万有引力相互吸引,你绕我转,我绕他转,星球们忙乱而有序。

但后来,科学家通过计算星球与星球之间的引力发现,星球自身的这点引力,远远不够维持一个个完整的星系。

那就是说,如果星系、星球间仅仅只有现有质量的万有引力支持的话,宇宙应是一盘散沙。

宇宙之所以能维持现有秩序,只能是因为还有其他物质。而这种物质,目前为止,我们都没有看到并找到,所以,称之暗物质。

暗物质有多少?

科学家通过计算,要保持现在宇宙的运行秩序,暗物质的质量,必须5倍于我们现在看到的物质。

有没有观测到暗物质?

现在没有真正的测到暗物质。

只是能发现光线在经过某处时发生偏转,而该区域没有我们能看到的物质,也没有黑洞。

黑洞是不是暗物质?

不是。

黑洞只是光出不来,它发出其他射线,它仍然是常规物质。

二、暗能量

怎么发现有暗能量?

科学家观测发现,我们现在的宇宙,不仅在不断膨胀,而且在加速膨胀。

如果匀速膨胀,还可以理解。但加速膨胀,就需要有新的能量的加入。这能量是啥?科学家也搞不清,所以取名叫暗能量。

暗能量有多少?

科学家通过计算,通过爱因斯坦质能方程E=mc²计算,要维持当前宇宙的这种膨胀速度,暗能量应该是现有物质和暗物质总和的一倍还要多。

有没有找到暗能量?

目前为止,还没有。

 
三、量子纠缠

 
什么是量子纠缠?

现代科学发现,对物质的研究,在进入分子、原子、量子等微观级别后,有很多出乎意料的发现。

出现了超导体、纳米级、石墨烯等革命性的材料,出现从分子水平治愈癌症的奇迹。

而最神奇的是——量子纠缠。科学实验发现,二个没有任何关系的量子,会在不同位置出现完全相关的相同表现。

如相隔很远(不是量子级的远,是公里、光年甚至更远)的二个量子,之间并没有任何常规联系,一个出现状态变化,另一个几乎在相同的时间出现相同的状态变化,而且不是巧合。

有没有观测到量子纠缠?

物理学界在海坛岛建立宏观量子纠缠实验基地,该理论已经实验验证。科学家目前已实现了6-8个离子的纠缠态,我国科学家实现了13公里级的量子纠缠态的拆分、发送。

搅乱了的哲学世界

我们原来认为世界是物质的,没有神,没有特异功能,意识是和物质相对立的另一种存在。

现在我们发现,我们认知的物质,仅仅是这个宇宙的5%。没有任何联系的二个量子,可以如神一般的发生纠缠。把意识放到分子,量子态去分析,意识其实也是一种物质。

那既然宇宙中还有95%我们不知道的物质,那灵魂、鬼都有可能存在。既然存在量子能纠缠,那第六感、特异功能也可以存在。

同时,谁能保证在这些未知的物质中,没有一些物质或生灵,它能通过量子纠缠,完全彻底地影响我们的各个状态?

坍塌了的物理世界

我们现在所有的物理学理论,都以光速不可超越为基础。而据测定,量子纠缠的传导速度,至少4倍于光速,大概可在任何宇宙、任何地区瞬间传达吧。

崩溃的内心世界

科技发展到今天,我们看到的世界,仅仅是整个世界的5%。

这和1000年前人类不知道有空气,不知道有电场、磁场,不认识元素,以为天圆地方相比,我们的未知世界还要多得多,多到难以想像。

 


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