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具有争议的理论:暗物质是由迷你原始黑洞组成

作者:- 文章来源:- 点击数:76 更新时间:2018/4/16 10:48:57

暗物质是什么?没有人真实知道,但是一种可能性解释认为,暗物质是由大爆炸诞生原始迷你黑洞组成。  暗物质是什么?没有人真实知道,但是一种可能性解释认为,暗物质是由大爆炸诞生原始迷你黑洞组成。

  新浪科技讯 北京时间4月16日消息,据国外媒体报道,暗物质是宇宙中神秘额外发送质量,它们不释放光线,但会产生引力作用,实际上可能是由起源于宇宙大爆炸的原始黑洞构成。

  目前,依据最新研究理论表示,这些微型迷你黑洞的诞生可能与希格斯玻格色子有关。这一理论发表在3月23日出版的《物理评论快报》杂志上,研究人员指出,原始黑洞是在产生希格斯玻色子的作用场中形成的,在大型强子对撞机(LHC)实验中,研究人员将希格斯玻色子描述为“上帝粒子”。

  研究报告合著作者、瑞士日内瓦大学物理学家安东尼奥·里奥托(Antonio Riotto)说:“原则上讲,所有暗物质的解释都是基于原始黑洞的形式。”

  然而,并不是每个人都对此信服,一些物理学家称,这些原始黑洞不太可能解释宇宙所有的暗物质。

  迷你黑洞

  希格斯玻色子是在所谓的希格斯场(Higgs field)中产生的,它们在宇宙中弥漫,并对粒子赋予质量。当科学家发现希格斯玻色子存在时,证实它比质子重126倍,比多数物理学家预想的更轻。在进行一些计算之后,物理学家意识到希格斯玻色子的质量暗示着希格斯场可能不会处于最稳定的状态。

  更重要的是,希格斯玻色子的质量暗示着在宇宙早期膨胀过程中,当物理在大爆炸之后立即向外扩散时,不稳定的希格斯场经历了量子涨落(quantum fluctuations),在希格斯场不同部分存在着不同密度的物质。

  依据这项最新研究,这些波动使得小块空间区域的质量密度非常高,以至于坍缩形成一个黑洞。这些小型迷你黑洞的质量大约10万亿公斤,质量与珠穆朗玛峰相近。

  该理论在许多层面上都具有一定的吸引力:暗物质并不释放可探测光线,黑洞也是如此。而原始黑洞如果存在的话,将是证实希格斯场并非处于最低能量状态的物理证实。同时,这一最新理论也将解释暗物质,而不需要任何超越标准模型的新物理概念,它描述了微小亚原子粒子的行为特征。

  然而,如果这些原始黑洞确实存在,物理学家将如何发现它们呢?现今它们看上去会像大约140亿年前诞生之初的状况吗?

  随着时间的推移,黑洞会吸引和吞噬越来越多的质量。但可能还有另一种作用场运行,那就是虹吸黑洞物质的“霍金辐射(Hawking radiation)”。“霍金辐射”理论认为,由于量子效应,黑洞会释放粒子和能量。随着时间的推移,霍金辐射可能导致它们完全蒸发,它们质量越小,消失得越快。黑洞释放的粒子和能量非常安静和微弱,以至于它们从未被探测到,尽管大多数科学家相信它们真实存在。随着时间的推移,黑洞中的粒子和能量获得更多的质量,在140亿年时间的过程中通过霍金辐射损失这些粒子和能量,现今残留的原始黑洞可能非常微小,或者非常庞大。

  具有争议的理论

  目前宇宙中黑洞构成所有暗物质的理论仍存在一定争议,物理学家现已排除了质量较低的黑洞,因为现今并未探测足够多的黑洞,用于解释宇宙中所有额外质量。然而,物理学家现已排除了中型大小的黑洞,例如:2016年2月,激光干涉引力波天文台(LIGO)探测到两个正在合并过程中的黑洞,它们的质量分别是太阳的29倍和36倍。该质量等级原始黑洞并未被排除。

  但是一些物理学家置疑这些天体能否解释宇宙中大多数暗物质,美国加州大学河滨分校黑洞物理学家西米恩·伯德(Simeon Bird)说:“根据我们现今所了解的情况,原始黑洞不太可能全部是由暗物质构成。但是我们无法精确至1%-10%。要证明这一观点,最简单的方法就是探测原始黑洞。”

  伯德强调称,当前正在智利境内建造的大型综合巡天望远镜(Large Synoptic Survey Telescope)将是搜寻这些远古原始黑洞的理想选择。

  美国约翰霍普金斯大学理论物理学家马克·卡米恩科夫斯基(Marc Kamionkowski)曾撰写的研究报告主张暗物质是由黑洞组成,在报告中他保持类似的谨慎态度。他说:“在过去一年里,我对黑洞构成暗物质这一想法的信心产生过动摇,因为激光干涉引力波天文台并未找到黑洞合并的充分证据,从而证实该理论。但是我仍认为该观点十分有趣。这篇最新研究报告提供了产生黑洞的早期宇宙机制,引起了天文学家的浓厚兴趣。

  原始黑洞仍是一种假设,除非我们探测到质量低于太阳的黑洞,而希格斯场对研究人员提出的创造性解释,在没有发现原始黑洞之前是无法证实的。

  并不是每个人都相信,就像研究人员所做的那样,原始黑洞和暗物质可能是同质的,但是卡米恩科夫斯基曾在2017年声称:这是一个古怪的想法,任何关于暗物质的每一种观点也可能是疯狂想法。(叶倾城)


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