黑洞、暗物质、反物质及宇宙的未来

一、黑洞 现在已有越来越多的证据证实黑洞的存在,那么黑洞是怎么产生的呢？一是宇宙形成时就产生了一些黑洞,再就是恒星的坍缩产物中有一种是黑洞．大恒星的坍缩产物就是黑洞．现在间接观测和推断的结论是：不仅各大星系中都有黑洞,而且在某些星系中心也都有一个大黑洞． 二、暗物质 所谓暗物质就是不能用光学方法直接探测到的物质．理论上认为,暗物质本身既不发光,又不与光发生作用（比如,它不反射光）,只存在万有引力．按现有的天体物理理论计算暗物质占整个宇宙质量的９０％．而我们能观测到的各星系质量仅占整个宇宙质量的１０…     

暗物质不会全是黑洞

正搜寻超新星的引力透镜(黑洞为透镜天体)事件无果而终。研究人员因此得出结论:黑洞无法解释宇宙中所有的暗物质。暗物质约占宇宙物质的85%。人们很早就怀疑它就是黑洞,但尚不清楚黑洞总质量能否足以解释所有的暗物质。最近,有关超新星的一项研究给出否定的答案。若视线附近有一颗质量足够大的黑洞,超新星看起来会显得更亮,从而显露黑洞的存在(图1)。加州大学的Zumalacárregui     

第一批恒星可能照亮了暗物质

正暗物质的性质是宇宙学中最长久的困惑之一。天文学家已经确定,暗物质是宇宙中物质的主要构成,但它们至今无法被辨认。最近,对"黑暗时代"之后宇宙黎明的观测,发现了一条可能的线索——涉及第一批恒星形成的时代。今年早些时候,研究人员报告了一     

有关原初黑洞的故事

<正>认为黑洞可能在大爆炸后不久就形成的想法可以追溯到1966年,当时物理学家Yakov Zel’dovich和Igor Novikov首次提出了黑洞的存在。到20世纪70年代中期,史蒂芬·霍金和他的同事Bernard Carr提出并发展了这一概念。我们目前关于宇宙如何形成的理论是不允许黑洞在早期宇宙中被创造出来的。相反,恒星和星系最初是由宇宙的早期波动而形成。     

探秘宇宙,是谁杀死了恐龙?——中国科学院物理研究所“暗物质与恐龙”主题讨论侧记

正无穷宇宙,人是一粟太仓中。——辛弃疾"看不到也摸不着的暗物质,对整个宇宙的演化具有重大影响。大到星系形成,小到星体运动,它都扮演着非常重要的角色,甚至有理论认为其可能是导致恐龙灭绝的罪魁祸首"。2018年3月26日晚,由科技部政策法规与监督司、中国科学院科学传播局、北京科学技术委员会支持,中国科学院物理研究所承办的第24期科学咖啡馆活动,中     

解释微调的第三种方法

希格斯粒子的质量与地球轨道的椭圆度都比它们的理论估计值小几个数量级.这似乎是两个更大的量经过微调而抵消所造成的.粒子物理有两个最有趣的微调难题:希格斯玻色子的质量和宇宙常数.长期以来,人们一直认为粒子物理的微调可能与新的对称性有关,如难以解释的超对称性,或者与统计参数有关——我们微调的宇宙只是许多可能的多重宇宙之一.     

暴涨宇宙中原生黑洞的形成

本文指出,在暴涨宇宙阶段,当出现非均匀相变以形成真真空泡时,由于重力塌缩,在我们的观测宇宙中,可能形成质量下限为10⁴g的原生黑洞,这种黑洞与早先Carr,Hawking和吴忠超等人所讨论过的有所不同,它们应伴生有t’Hooft-Polyakov磁单极,这可能是一个具有观测意义的结果。 关键词：     

极深地下探秘宇宙的“熊猫X”实验

近百年的天文学观测表明宇宙中有大量看不见的"暗物质"存在,但是我们对暗物质的本质却所知甚少。宇宙中也充斥着一种很像暗物质的"幽灵粒子"——中微子,它们的身上也有着众多未解之谜。对暗物质和中微子研究的突破很可能带来下一次物理学的革命。国际上最深的、位于四川凉山州的中国锦屏地下实验室为这样的实验研究提供了得天独厚的场所。过去的20年,液氙探测技术的发展使之成为了探测暗物质、研究中微子性质的核心手段之一。文章主要介绍了暗物质与中微子的未解之谜、液氙探测技术的发展、国内外一些液氙实验的发展态势以及我国液氙探测暗物质"熊猫X"实验的现状和未来。     

暗物质依然存在着

暗物质是神秘的不可见的物质,约占宇宙物质中的83％．暗物质使处于高速旋转的星系免于飞散,对暗物质的研究有助于我们了解宇宙的结构是如何形成的．     

打压替代引力

正众所周知,爱因斯坦广义相对论描述万有引力,但一些试图替代相对论的引力理论也声称其合理性。不过,依据中子星并合时发出的引力波和电磁波观测,理论家们最近严格约束了这些替代引力。广义相对论(简称GR)非常成功地描述万有引力,覆盖行星、恒星、黑洞、星系等若干层次。GR预言宇宙的膨胀,但也有个短板:如何解释宇宙的加速膨胀。鉴于所有辐射、可见物质和暗物质等都施加向内"拽"的力,宇宙理应减速     

我们处于希格斯深渊的边缘吗?

正我们的宇宙或处于亚稳态,但可能比此前认为的稳定些。粒子宇宙学家审查已知粒子物理定律是否跟观测到的宇宙演化一致,以及这些定律预示着怎样的未来。我们需要修改个别定律吗?宇宙是稳定的还是"亚稳的"?俄罗斯Dubna联合核子研究所的Bednyakov及其合作者给出新的理论分析,将这些基本问题跟大型强子对撞机(LHC)的最新发现联系起来。他们的结论是:若标准模型正确,包括希格斯玻色子质量在内的测量值暗     

量子史瓦茨黑洞和暗物质

引入Sommerfeld作用量量子化条件来处理Schwarzschild黑洞的量子化问题. 发现此类量子化黑洞存在一个质量为m_G=123m_p的基态，处于基态的量子Schwarzschild黑洞不再存在Hawking蒸发和任何其他辐射，可名之曰暗星. 它的存在不仅可以解决信息丢失的疑难，而且极可能是构成暗物质的主要候选者. 关键词： 量子史瓦茨黑洞 暗物质     

宇宙交响曲

宇宙声波不仅存在,而且已经观测到诸如黑洞声波等声波与天体物理现象的互作用现象。本文承授权转载自《科学美国人》2004年第4期,旨在向声学研究者介绍与声学有关的新领域及其新进展。原文作者为:Wayne Hu和Martin White,翻译作者为:李斌。Hu是美国芝加哥大学天文学与天体物理学副教授。他研究的方向包括暗物质、暗能量以及宇宙结构的形成等。White是美国加州大学伯克利分校的天文学与物理学教授。他研究的方向包括宇宙结构的起源,以及天体物理学与基础物理学之间的关系。     

怎样直接探寻暗物质

正探寻暗物质的含义顾名思义"暗物质",就是用任何波长的光,无论是极短波长的γ射线还是很长波长的无线电波都无法观察到的物质。当没有光线时,它是黑暗的,无法看到它;有光线时,它既不反射光,也不吸收光,是完全透明的,我们依然观察不到它。但是,自1993年以来,发现宇宙中存在暗物质的所有根据都是因为"引力"。因为这些暗物质与我们普通物质之间有"引力"作用,才使我们感知到暗物质的存在。暗物质不仅存在,而且在宇宙物质     

今日国外物理

 1 美学者获得宇宙暗物质研究新成果据美联社报道,美国天文学会年会的一份研究报告表明:暗物质可能占宇宙物质的90%.华盛顿大学发现的证据表明:一些星系团包含的暗物质肯定比原先认为的要多得多;麻省理工学院一学者说,德国的ROSAT卫星测得鲸鱼座星座NGC720星系的热气发出的X射线,发现其引力场是椭圆形的,被一巨大暗物质晕包围着,而常见的可见星未能解释这一现象.加利福尼亚州一国家实验室可望一年内确定包围银河系暗物质是由木星样的或其他物质组成.     

封面故事

<正>国际三十米光学红外望远镜(Thirty Meter Telescope)是由美国加州理工学院、加州大学,以及加拿大、日本、中国和印度国立科研机构联合建造的下一代巨型望远镜。该望远镜30米口径的集光面积是当前主流大望远镜的十倍,空间分辨率则比哈勃空间望远镜提高一个量级。其强大的洞察宇宙的能力必将引发天文学研究的革命性发展,在揭示暗物质和暗能量的本质、探测宇宙第一代天体、理解黑洞的形成与生长、     

诱导引力理论中宇宙场的三次量子化

诱导引力与爱因斯坦引力难以用目前的实验来区分.在研究诱导引力的宇宙量子场论时,通过对宇宙场的三次量子化,发现在希格斯场的真空期待值附近,即使无任何其它物质场存在,宇宙也可以从“无”(nothing)通过量子隧道过程而创生,其创生宇宙遵从Planck分布.但这种从无到有的宇宙创生过程是无法从真空经典爱因斯坦引力理论中得到的. 关键词：     

推荐新书<黑洞的热性质与时空奇异性--零曲面附近的量子效应>

提起黑洞大家都觉得高深莫测,又觉得这是天文工作者所关心的事.其实,黑洞不应看作一般的星体,黑洞问题也不单纯是天文问题.黑洞性质涉及到物理学的基本规律和时空属性.现有的发现暗示人们,热力学与时空性质之间可能存在着深刻的内在联系.对黑洞理论的进一步探索,有可能导致物理学的另一场革命.     

超导与规范对称性,希格斯机制与希格斯粒子——电磁学与电动力学中的超导Ⅱ

本文是文献[1]和[2]联合的后继文章,在文中我们依据电磁学和电动力学中的麦克斯韦方程组建立了有质量光子导致导体中的超导现象这一事实的规范不变描写,文献[1]的结果是目前理论选取洛伦兹规范的特殊情形.我们发现在这种规范不变的理论中存在一个零质量的标量场,它可以和规范势的纵向分量相互转化.这正是文献[2]所介绍的2013年诺贝尔物理学奖中著名的希格斯机制,即规范粒子吃掉Goldstone玻色子而产生纵向分量,因而获得质量.这个新引进的零质量标量场对应量子场论中激发Goldstone玻色子的标量场,它可以被看成是一个更一般的两分量复标量场的相角分量.而此推广的复标量场的常数模分量可以被看成是另一个动力学场——希格斯场的真空期望值.希格斯场的激发是希格斯粒子,即所谓上帝的粒子;而光子的质量则起源于希格斯场的真空期望值.     

测量重力加速度可证明“暗物质”不存在

人类正花费大量人力、物力来寻找宇宙中的"暗物质",如果它不存在这样还会造成更多的浪费.有没有一种更简单更自观的实验来证明"暗物质"不存在?我们能不能用全新的理论来解释宇宙中的一些神秘现象?地球上物质重力加速度的一种变化规律就可揭示银河系外围根本不存在"暗物质".