反物质消失,暗物质登场,神秘事件造就了现在的宇宙

(图源:马克·加里克/盖蒂图片社-科学图片库 ) 关于宇宙有许多挥之不去的谜题,其中一个就是万物为何存在。
这是因为在现今的宇宙中,物质和其反物质对应物在形成时应该数量相等,然后这两种带相反电荷的物质在接
【菜科解读】
对称性被打破,暗物质或许是戈德斯通玻色子?宇宙大爆炸后突发神秘事件
新研究表明,早期宇宙中的神秘一击可能导致了暗物质的产生。
(图源:马克·加里克/盖蒂图片社-科学图片库 )
关于宇宙有许多挥之不去的谜题,其中一个就是万物为何存在。
这是因为在现今的宇宙中,物质和其反物质对应物在形成时应该数量相等,然后这两种带相反电荷的物质在接触时会互相湮灭。
因此,宇宙中的所有物质都应该一形成就立刻消失,即物质与反物质对应物接触时,就立刻自我抵消。
胆小者勿入!五四三二一...恐怖的躲猫猫游戏现在开始!
×
但现实是湮灭并没有发生。
有新的研究提出假设:在宇宙的早期阶段,曾经有一次神秘事件使物质的数量多于反物质,最终带来了今天的不平衡局面。
这种不平衡也可能导致了暗物质的产生。
暗物质能够吸引一切东西,并不跟光发生反应。
是意外还是宇宙计划好的?
虽然我们不清楚暗物质到底是什么,但可以肯定它是存在的。
宇宙中80%的物质都是暗物质,其数量比例远超过我们所能看见的恒星、星系、尘埃和气体。
虽然暗物质在宇宙中是重量级的存在,但奇怪的是,它并不占主导地位。
在物理学中,两种力相互作用时,更强的一方最终都会占主导。
除非这个过程中还有其他物理学起作用,否则两个相互作用的力很少达到平衡的状态。
举个例子,如果一颗巨星内部有引力和电磁力在相互作用,最终都会是引力胜出并使得恒星坍塌。
因此,暗物质占宇宙质量的80%而非99.99999%、普通物质占20%而非零这件事着实让科学家们感到奇怪。
如果平分彩票奖金用80/20这个比例,显然不是对半的,但对天文学家而言,这个比例在我们的宇宙中却代表着两者数量相等。
从秘书起步,十年内无人超越,以一己之力力挽狂澜成就一段传奇
×
图解:宇宙中暗物质与可见物质的比例图 图源:NASA(美国航空航天局)
而让问题更棘手的是,据我们所知,普通物质的产生和暗物质的产生两者毫无关联。
我们还无法得知暗物质在早期宇宙是如何出现的,但不管真相如何,它肯定都不属于我们已知的物理学范畴。
至于普通物质,则是另外的一堆粒子。
物理学家们猜想,在最早期的宇宙(诞生第一秒时),普通物质和反物质(跟普通物质一样但带有相反电荷)处于完美平衡的状态。
虽然这个平衡后来被打破了,但它在最初确实是存在的,因为在粒子对撞机中我们看到了这种对称性,它可以复制早期宇宙的极端条件:如果存在一个能产生常规物质的高能量反应,那同样地它也能产生反物质。
然而在稍后的某个时刻(无法确定具体时间,但很可能是在宇宙诞生不到一分钟的时候),物质和反物质的平衡发生了变化,普通物质得以遍布宇宙,把反物质打压得销声匿迹。
因此,其一是发生了一件打破对称性的事件,导致普通物质打赢了反物质。
其二,则是发生了另一件极其神秘的事件,导致暗物质成为宇宙中体量大却又不占主导的存在。
新研究提出,也许这两个事件是有关联的,暗物质的诞生与普通物质战胜反物质有关。
图解:物质和反物质互相湮灭情景设想图 图源:NASA/CXC/M.Weiss(美国航空航天局/钱德拉X射线中心/M.韦斯)
寻找戈德斯通玻色子
上述这项研究在2020年12月29日被在线发布于预印本文献库arXiv,发布时尚未进行同行评审。
研究人员是依据重子数对称性得出结论的。
重子是由夸克(如质子和中子)组成的粒子。
重子对称性指在一个相互作用中,进入和退出的重子数必须相等(重子可以切换成不同的粒子,但必须保持总数一致)。
反夸克的相互作用中,也具有同样地对称性。
在现今的宇宙,这种对称性适用于我们的所有实验,但在早期的宇宙中,它却被打破了。
这也是现在宇宙中物质多于反物质的原因。
在物理学中,每当一个连续对称性被自发破缺,一种名为戈德斯通玻色子的新粒子就会出现并强化打破。
比如,在现代宇宙中,π介子就是核力对称性被打破后出现的戈德斯通玻色子。
研究提出,暗物质可能就是一种戈德斯通玻色子,与早期宇宙的重子数对称性被打破有着千丝万缕的联系。
谜团重重待深究
提出这一想法的研究人员称其为一‘击’事件。
在目前的实验中,重子数对称性从未被打破过,但早期宇宙中肯定发生某些激烈的事件。
这个事件虽然短暂却十分剧烈,消灭了几乎全部反物质。
不管导致事件发生的外力是什么,重子数的平衡终究被打破,一并带来了新的戈德斯通玻色子。
由此,研究人员猜想,在那次奇异的事件中,暗物质粒子充满了宇宙。
但随着打破对称性的条件退去,宇宙又回归了常态。
然而为时已晚,在恢复对称性的宇宙中,暗物质和普通物质都依然存在、相安无事。
也就是说,宇宙在度过了剧烈变化的第一分钟后,才刚恢复正常,暗物质就被降级到看不见的地方,再也没能跟普通物质相互作用。
图解:哈勃太空望远镜拍摄的星系团MACS J1206NASA。
在暗物质的引力下光线发生了扭曲,后方遥远星系的外形也因此产生扭曲变形。
(美国航空航天局)
研究称,普通物质和暗物质的数量大致相等是因为它们两者间有关联。
新模型虽然并未预测暗物质和普通物质的精准比例是80/20,但它表明两者数量相等的原因是它们都源自于那个神秘的事件。
这是一个非常有趣的猜测,但仍然没有解决对称性是如何被打破的谜题。
科学家们还需要继续深入研究。
火星生命的迹象对火星车来说可能太难以捉摸无法探测到
这张照片是由火星车机械臂上的沃森相机在2023年1月20日拍摄的,这是该任务的第684个火星日,或sol。
(Image credit: NASA/JPL-Caltech/MSSS)(神秘的地球uux.cn)据美国太空网(By Charles Q. Choi):一项新的研究发现,目前探索火星的机器人可能无法探测红色星球上潜在的生命痕迹。
近半个世纪前,美国国家航空航天局(NASA)向火星发射的两颗海盗号轨道飞行器发现,这颗红色星球在其历史早期,大约30亿至40亿年前,其表面存在液态水。
后来的任务支持了这些发现,表明生物可能曾经生活在那里,而且可能仍然存在,因为几乎在地球上任何有水的地方都能发现生命。
然而,美国宇航局的两个海盗着陆器在火星土壤中没有检测到明确的本地有机化学物质,即使是十亿分之一的水平。
即使是美国宇航局最新的高度先进的仪器“好奇号”和“坚韧号”也仅仅在古老的火星湖床和河流三角洲中发现了简单有机分子的痕迹。
而这些化合物并不是生命的确凿证据;科学家强调,它们可能是由地质过程产生的。
仍然不确定的是,搜寻火星上过去或现在生命的努力没有成功,是因为这颗红色星球一直都很贫瘠,还是因为发送到那里的探测器不够敏感,无法探测到现场的任何生命。
为了帮助解开这个谜,科学家们测试了目前或可能被送往火星的仪器以及高度敏感的实验室设备。
研究人员分析了红石的样本,红石是智利阿塔卡马沙漠中一个河流三角洲的遗迹,阿塔卡马沙漠是地球上最古老和最干燥的沙漠之一。
这些沉积物形成于大约1亿至1.6亿年前的高度干旱条件下,非常类似于火星的杰泽罗陨石坑,毅力号目前正在对其进行调查。
红石经常经历为生活在那里的微生物提供水分的雾。
科学家们使用的最先进的实验室技术发现了一种生物化学物质的混合物,这种混合物来自那里已经灭绝的微生物和活着的微生物。
在红石检测到的DNA序列中,约有一半来自“黑暗微生物群”——即研究人员尚未正确描述的微生物。
然而,目前在火星上或计划在火星上使用的测试平台版本的仪器——包括一个比好奇号上的仪器灵敏10倍的仪器——几乎无法检测到红色石头样本中的有机生命迹象。
该研究的主要作者、马德里天体生物学中心的Armando Azua-Bustos告诉Space.com说:“我原本预计,我们为了检测红石生命证据而测试的试验台仪器会更好,我们知道这些仪器使用的是任何微生物实验室都可能找到的工具。
”“而他们没有。
”这些发现表明,如果微生物生命在数十亿年前确实存在,火星探测器将很难(如果不是不可能)检测到预期今天在红色星球上存在的低水平有机物。
“我们仍在学习如何探测火星上存在生命的证据,”阿祖阿-布斯托斯说。
“目前送往那里的仪器有其局限性。
但这并不是因为它们设计糟糕。
我们仍处于学习曲线上。
”研究人员建议,未来的火星任务应该旨在将样本从红色星球返回地球,在那里他们可以通过科学家拥有的最先进的设备进行测试,以帮助解决火星上是否曾有生命存在的难题。
顺便说一下,美国国家航空航天局和欧洲航天局的目标就是这样做,最早在2033年将毅力号收集的材料运回地球。
未来的研究可以分析红石的黑暗微生物群。
阿祖阿-布斯托斯说,这些微生物要么与任何已知的微生物如此不同,以至于它们无视当前的类别,要么它们是数百万年前有水时曾经生活在该地区的生命的残余,“现在没有任何亲属可以与它们进行比较”。
总的来说,阿祖阿-布斯托斯指出,红石很可能还有待发现。
他说,这项新工作“就像在纽约的一条街道上取样,来描绘整个纽约的特征”。
科学家们周二(2月21日)在《自然通讯》杂志上在线详细介绍了他们的发现。
阿联酋将于2034年在火星和木星之间的小行星上着陆探测器
(图片来源:阿联酋航天局)(神秘的地球uux.cn)据美国太空网(伊丽莎白·豪厄尔):如果一切按计划进行,大约十年后,一颗可能承载生命基石的小行星将受到阿拉伯联合酋长国(UAE)飞船的访问。
2021年10月,阿联酋宣布计划于2028年向小行星带发起一项雄心勃勃的任务。
该任务将访问七种不同的太空岩石,甚至会在其中一颗名为(269) Justitia的小行星上着陆。
周日(5月28日),国家给了我们一些关于这个大胆的小行星任务的新信息——包括它的名字,阿联酋小行星带任务(EMA)。
“我们永远不会停止向前看;阿联酋副总统兼总理、迪拜酋长谢赫·穆罕默德·本·拉希德·阿勒马克图姆在一份