暗物質之謎
暗物質之謎
宇宙大爆炸理論認為：宇宙誕生之前，沒有時間，沒有空間，沒有物質，也沒有能量。約150億年前，一個很小的點爆炸了，逐漸膨脹，形成了空間和時間，宇宙隨之誕生，並經過膨脹、冷卻演化至今，星係、地球、空氣、水和生命便在這個不斷膨脹的時空裡逐漸形成。
最近的天文觀測和膨脹宇宙論研究表明，宇宙的密度可能由約70%的暗能、5%的發光和不發光物體、5%的熱暗物質和20%的冷暗物質組成。也就是說，宇宙中竟有九成是看不見的暗物質，其中可能包含宇宙早期遺留至今的一種看不見的弱相互作用的重粒子——冷暗物質正是支持膨脹宇宙論的關鍵。
中微子
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大爆炸使宇宙充滿了中微子。以前曾認為中微子沒有質量，新的實驗結果證明：一個中微子的質量是一個電子質量的1/100000。這足以使得這些粒子在所有暗物質中佔據很大的比例。
正因為宇宙中的暗能、暗物質至今尚未被發現，所以科學家們給我們留下了一係列關於宇宙中的暗物質問題的謎團。人類共同關心的問題是：宇宙中的暗物質究竟有多少？它們在宇宙中佔有多大的比例？目前天文學家還無法確知。隻是給出了一些估計的數字：在宇宙的總質量中，重子物質約佔2%，也就是說，宇宙中可觀測到的各種星際物質、星體、恆星、星團、星雲、類星體、星係等的總和隻佔宇宙總質量的2%，98%的物質還沒有直接觀測到。在宇宙中非重子物質的暗物質當中，冷暗物質約佔70%，熱暗物質約佔30%。
緊接著，下一個問題又來了：宇宙中存在的大量非重子物質的暗物質組成成分究竟是些什麼粒子？它們的形成及運動規律又是怎樣的呢？於是尋找暗物質，探求暗物質的性質就成了世界高能物理研究的熱點之一，尋找的途徑包括在超大型加速器上的實驗，還包括在地下、地麵和宇宙空間對宇宙線粒子的測量。中國科學院高能物理研究所在尋找暗物質的研究方麵在國際上一直處於領先地位。1972年高能所雲南高山宇宙線觀測站曾觀測到一個奇特現象，即觀察到一個從宇宙射線中來的能量大於3000億電子伏特的粒子碰撞石墨中的粒子後，產生了3個帶電粒子。分析表明，其中一個是負介子，一個是質子，還有一個是能量大於430億電子伏特、壽命長於0.046納秒的帶電粒子。許多科學家認為若此事能被證實，它將肯定是超出標準模型的新粒子，而這個新粒子就可能是暗物質的粒子。
1979年，科學家發現，在仙女座背景方向的溫度比天空其他方向的要高，那裡存在著巨大的未知質量。“失蹤”的物質哪裡去了呢？按照牛頓物理萬有引力定律，星係中越往外的行星繞該星係中心的轉動速度越慢。太陽係中的行星運轉正是這樣的。但已觀測到有許多星係，其外邊緣行星比中心附近行星繞轉得更快。這說明除看得見的星係或星係團外，還有大量暗物隱藏在其中，它們像暈一樣包圍著星係和星係團。那麼這些像暈一樣的東西是由什麼物質構成的呢？有人認為是X射線和星係際雲，但它們遠沒有估算的暗物質那麼多；也不是年老的恆星，如體積很小的中子星和白矮星，它們行將死亡時會拋出大量物質，但人類並未觀測到。英國劍橋大學的物理學家霍金認為有可能是黑洞。還有不少科學家認為是“中微子”。並提出了暗物質的“中微子”模型。但研究這個模型還存在一定的困難，例如，按此模型隻有在超星係團周圍才有暈，但實際上在星係周圍也觀測到暈；而且中微子是否有質量，科學實驗也未最終確證。
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