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牛顿和爱因斯坦错了吗？为此，科学家们上天入地寻找暗物质
搜狐网链接：https://www.sohu.com/a/207482037_260616 来源：澎湃新闻 2017-11-30 06:32
暗物质粒子探测卫星“悟空” 资料图
2017年11月30日，暗物质粒子探测卫星“悟空”公布了首批科学成果：目前国际上精度最高的电子宇宙线能谱。基于能谱的一些异常，科学家们发现了暗物质粒子可能存在的新迹象。
“悟空”的火眼金睛，试图穿透现代物理学的两朵乌云之一，让真相现形。这两朵乌云，就是暗物质和暗能量。它们围绕在万有引力和广义相对论的上空，已经接近一个世纪。 牛顿和爱因斯坦的引力理论将天体的运行规律归纳在简洁的公式中，根据一系列参数的设定，科学家们就能模拟出整个宇宙。然而，从20世纪20年代开始，随着观测视野的拓宽，万有引力和广义相对论的计算在星系到宇宙的尺度上开始“跑偏”。比如，根据牛顿万有引力的计算，太阳围绕银河系中心的运行速度应该在160公里每秒左右，然而，科学家们实际观测到的运行速度达到了240公里每秒。以这样的速度，太阳应该直接被“甩”出去才对。 爱因斯坦和牛顿，错了吗？ 除非……银河系的实际质量，要比目前人类所知的大上10倍！银河系“谎报体重”！ 换句话说，银河系的大部分，是由我们看不到的神秘物质构成的，它们提供了太阳与银心之间额外的引力，吸住了高速运行的太阳。这些暗物质和暗能量，仿佛一团晕，笼罩在整个银河系。 同样的“悬案”也衍生到了宇宙的整体布局上。若非还有神秘的不可见物质发挥了引力作用，科学家们难以解释星系们是如何从大爆炸后开始不均匀地分布、远离，形成如今的状态。 此时引用柯南道尔的名言，或许恰到好处：排除了一切的不可能，剩下的不管多么难以置信，一定就是真相。 这些不可见的“暗物质”，虽然和人类已知的粒子性质完全不同，但若要捍卫牛顿和爱因斯坦的引力理论，科学家们不得不接受这个全新的假设，上天入地，撒网寻找。随着新的观测结果不断证实，暗物质理论从一开始被斥为“旁门左道”，逐渐登堂入室，成为主流认知。“悟空”善捉妖，这台望远镜，拥有世界最高探测精度的“火眼金睛”，正是在捉拿挑战牛顿和爱因斯坦的“妖魔鬼怪”。那么，“妖魔鬼怪”究竟长什么样呢？ 暗物质是什么样的？根据估计，我们只能见到宇宙的5%，而不可见的暗物质大约占27%，暗能量大约占68%。 暗物质和暗能量的比重如此之大，可以说我们随着地球，穿行在暗物质和暗能量的海洋里。每秒钟就有上亿个暗物质粒子穿过我们的身体。 然而，人类对它们，实在知之甚少。 目前，暗物质只留下了很少的线索，留待科学家们侦探：它们的寿命很长，宇宙演化初期就已存在；在四种基本相互作用中，它们不参与强相互作用和电磁作用，否则，我们就会看到；它们有质量，参与引力作用；它们可能参与弱相互作用。以上就是人类对暗物质的全部认知，可以说少得可怜。根据这些模糊的线索，科学家们给暗物质描绘过不同的“嫌疑犯画像”：轴子、惰性中微子、引力微子等等。而目前最主流的答案，是WIMPs（弱相互作用大质量粒子）。这个模型假设，暗物质粒子内部具有弱相互作用，大质量则是相对氢原子而言更重。 暗物质怎么找？要怎样找到看不见的WIMPs？科学家们真可谓是上天入地。 可行的方案有三种：加速器产生、空间探测、地下探测。若能量足够高、流强足够大，粒子通过加速器对撞，理论上可以产生暗物质。如果WIMPs粒子具弱相互作用，且质量小于35TeV，就可以在世界上最强大的对撞机——欧洲核子中心的LHC上产生。 地下探测，则是为了减少宇宙射线的噪声，等待每天经过地球的不可见暗物质，能有一些撞飞可见的原子，以此找到暗物质。 上海交通大学、清华大学等团队就在四川锦屏山下2400米深处建立了地下实验室，守株待兔，甄别高纯锗和液氙原子被“撞飞”触发的光电信号，寻找暗物质经过的证据。“悟空”采取的空间探测，是建立在这样一个假设的基础上：就像电子、夸克等粒子具有对应的反物质，WIMPs也应该有对应的反WIMPs。WIMPs和反粒子相互碰撞、湮灭，或者自身发生衰变时就会放出能量，而这些能量多以伽马射线和高能电子的可见形式释放出来。银河系的中心，理论上是暗物质最稠密的地方。“悟空”本质上是一台望远镜，在500公里高的地球轨道上，守望遥远的银心，捕捉并甄别从那里放射的粒子。 “悟空”每天传送回500万个粒子信息，其中，有用的电子不到千分之一，而目标光子只有十万到百万分之一。最复杂的时候，需要汇集7万多路电子学信号通道，才能还原一个粒子的信息，就如7万个盲人摸象。暗物质已经成为科学界最热门的“通缉犯”。所有上天入地的团队，包括国际空间站上，由诺奖得主丁肇中领导20余年的阿法磁谱仪，虽然都在不断找到新的迹象，但始终没有得到最终的证据。所幸的是，与阿法磁谱仪等国际竞争者比起来，“悟空”具有3个世界之最的硬件优势：最高的能量分辨本领、最宽的观测能段、最强的高能粒子鉴别本领。“悟空”何时能捉妖成功，尚不得而知。但它的火眼金睛，每天都在一点点拓展人类认知宇宙的边界。 宇宙观的刷新 回到文章最初提到的比喻：暗物质和暗能量被许多人称为现代物理学的两朵乌云。这显然是对开尔文勋爵著名乌云比喻的致敬。 19世纪的最后一天，英国著名物理学家威廉·汤姆森（开尔文勋爵）发表了著名的新年致辞：物理大厦已经落成，所剩的只是一些修饰工作。只是，动力理论“美好而晴朗的天空却被两朵乌云笼罩了”。 当时这两朵乌云是“光以太”和“黑体辐射”。为了解决这两朵乌云，后世出现了两大学说：广义相对论和量子力学。上海交通大学在锦屏地下实验室的暗物质项目PandaX负责人季向东曾告诉澎湃新闻，很多人会问，找到暗物质有什么用。而他想说的是，找到暗物质，是对人类宇宙观的颠覆性刷新。这样的刷新，自哥白尼提出“日心说”以来，也没有几次。 中国科学院院长白春礼在“悟空”的成果发布会上，同样以“乌云比喻”的例子回应“暗物质对人类社会有什么影响”：没有广义相对论，人类就不能发展航天技术；没有量子力学，半导体、量子通信和量子计算都无从谈起。可见物质只占到宇宙密度的不到5%，暗物质和暗能量，是我们认知宇宙的全新窗口。 作者：澎湃新闻 虞涵棋
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发表于 湖北省武汉市 2020-7-3 22:19:12
楼主
关于“牛顿当时做出的贡献牛顿力学使得近几百年工程技术突飞猛进、改天换地的变化、对几百年前来说已经非常难得---”？把人类工程技术进步的功劳归功于牛顿不确，恰恰相反的是“牛顿万有引力定律与牛顿力学观”严重干扰误导了人类对物质本性的科学认知，亟待迅速加以验证重新论定？ “今日很多理论不好验证，感觉就是为了创新而创新、为了吸引眼球，为了毕业评职称发SCIEI发CNS评院士评诺奖而提出的”存在这样的问题，但牛顿的万有引力定律是能够验证也很好验证，只是被神话和妖魔化了？只要严格按照科学规范的对万物进行引力测试实验就能够轻松的验证万有引力还是万无引力。现在已经进行的物质引力实验有确凿的物质引力实验证据（万无引力定律实验”已验证证明人类已发现的三千多万物质的万物之中，除铁磁性物质具有实质性引力特征之外，其它任何物质没有引力）。