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百年相对论未解之谜:暗物质和暗能量

暗物质 2026-05-20 菜科探索 +
简介:

【菜科解读】

今年是广义相对论诞生100周年,100年前的12月2日,爱因斯坦阐述广义相对论的论文发表于《普鲁士科学院会议报告》,提出了颠覆牛顿定律的引力理论。

根据广义相对论,物质之间的引力来自时空弯曲,任何由加速运动产生的现象都可以用等价的引力场解释。

  爱因斯坦对引力的描述,能解释多个牛顿定律无法解释的现象,如水星等行星轨道的反常;

提供了关于黑洞的基础理论,也是宇宙大爆炸模型的组成部分。

相对论还有重要的应用价值,在GPS、北斗等导航卫星定位系统中,地理未解之谜未解之谜地理,埃及未解之谜,未解的自然之谜,自然未解之谜,如果没有基于狭义和广义相对论的数据修正,误差会越来越大。

  然而,相对论在揭开自然奥秘的同时,也引发了至今仍未解开的谜团。

其中,暗物质和暗能量这两个宇宙"幽灵",被视为21世纪物理学研究的重大问题。

  普通物质   只占宇宙总质能5%   暗物质和暗能量是如何"现形"的?上海交通大学鸿文讲席教授、粒子与核物理研究所所长季向东介绍,赖茅酒奇闻异事,网络推广奇闻趣事,天文学家发现,他们观测到的一些宇宙大尺度现象,与广义相对论、牛顿力学的理论预测并不相符。

例如,银河系的恒星都在绕着银河系中心高速运动,根据广义相对论,恒星离星系中心越远,其运动速度应该越慢。

但实验学家在研究一个螺旋星系的旋转速度时,发现星系外侧恒星的旋转速度,比预测速度快得多。

  这意味着两种可能:一是广义相对论在宇宙大尺度上失效,无法正确描述星系范围的引力;

二是该理论仍然成立,只是在银河系等螺旋星系中,存在人类还无法观测到的物质。

其质量非常大,使星系外侧的恒星高速运转,并用足够大的引力"拉"住这些高速运转的星球,使其不至于因离心力过大而脱离星系。

  许多物理学家选择了后一种解释,提出宇宙中存在"暗物质"。

它们与人类已知的物质一样具有质量,却不与其发生电磁作用和强相互作用,因此人类几乎无法观测到。

它们的密度很小,但数量庞大,因此总质量大得惊人。

如今,据物理学家推测,银河系中暗物质的质量比普通物质多20倍以上;

在整个宇宙,普通物质只占5%左右,暗物质则占27%左右,另外68%左右的质能来自"暗能量"。

  谈到暗能量,季向东解释说,美国天文学家哈勃发现,宇宙中的其他星系都在向着距离银河系越来越远的方向移动,而且它们移动得越远,运行速度就越快。

这揭示了一个真相:宇宙正在加速膨胀。

根据广义相对论和人类已观测到的物质,无法解释究竟是什么力量在把宇宙"越吹越大"。

如果广义相对论是正确的引力理论,那么宇宙中很可能存在着一种充溢空间、增加宇宙膨胀速度的能量形式。

它难以觉察,却真实存在。

  "熊猫计划"   二期实验即将启动   暗物质和暗能量的存在,都有一个前提条件:广义相对论是适用于宇宙大尺度的引力理论。

如今,大多数物理学家认为相对论是正确的,因而踏上了寻找暗物质和暗能量之路。

  在暗物质探测方面,我国科学家走在了世界前列。

作为"熊猫计划"(PandaX)负责人,季向东带领团队在四川锦屏山地下实验室寻找暗物质的踪迹。

理论推测,银河系中心区域集聚着大量暗物质,它们应该会弥漫到地球,估计每秒大约有上亿个暗物质原子穿透我们的身体。

当暗物质原子与物质原子碰撞后,会产生极其微弱的光电信号,但要捕获它们极其困难。

在地面上,各种宇宙射线对这种光电信号造成了极大的背景辐射干扰。

为屏蔽干扰,实验必须深入地下。

  PandaX实验正是在世界上最深的四川锦屏山地下实验室进行。

这一实验场所由清华大学和雅砻江流域水电开发有限公司于2010年联合开发,在隧道工程建设中利用了一个约2400米深的人工井。

山洞上方被深厚岩石层所覆盖,阻挡外界信号。

PandaX是"粒子和天体物理氙探测器"的英文简写,以惰性元素氙(Xe)作为探测媒介。

实验由上海交大牵头组织,合作组包括中美6家研究机构和大学在内,首期使用了约120公斤的液态氙作为"靶子",探测光临地球的暗物质粒子。

去年8月,实验组公布了立项4年来的首批物理数据——探测器记录了约400万个粒子撞击事例,在暗物质可能产生的"能量区"大约有1万个事例;

而在探测器中心的37公斤液氙中,只有46个事例。

通过与放射源的定标比较,这46个事例全部来自放射性本底,并没有暗物质留下的痕迹。

  季向东表示,首期实验主要探测的是轻质量的暗物质(粒子质量是质子的几倍),而物理学界认为,国美快递奇闻怪事,湘120灵异故事,重质量的暗物质(粒子质量是质子的100倍左右)更多。

为此,将目标锁定为重质量暗物质的二期实验即将启动,其探测规模和灵敏度是首期实验的4倍。

"实验分析结果计划明年发表,能否探测到暗物质?让我们拭目以待。

"   除了地下探测,科学家还在太空和大型强子对撞机里寻找暗物质的蛛丝马迹。

诺贝尔物理学奖得主丁肇中主持的暗物质研究小组,利用的是国际空间站上阿尔法磁谱仪的观测数据。

理论推测,银河系中心的暗物质粒子彼此撞击后,英语未解之谜,大自然未解之谜,世界上未解之谜,未解之谜外星人,会湮灭为普通物质和相应的反物质粒子。

如果阿尔法磁谱仪探测到超出预期的普通物质和反物质粒子,就可能意味着银河系中心有暗物质。

"我认为,在这三种实验方法中,地下探测最靠谱,因为它能直接探测到暗物质。

"季向东说。

  宇宙"涟漪"   有望数月内被探测   广义相对论预言的引力波,也是百年未解之谜。

中科院高能物理所研究员、北师大天文系教授王运永介绍,根据爱因斯坦的引力场方程,可推导出"引力波"这种时空波动。

如果把时空比作水面,宇宙中发生天体碰撞这样的大事后,就像石头落入水中,在宇宙中形成一圈圈引力波"涟漪"。

然而时至今日,人类还没有直接探测到引力波,因为引力波的强度非常弱,即便两个质量很大的黑洞对撞产生的引力波传到地球后,造成地球上各处相对距离的变动数量级也在10的负21次方以下。

  去年,美国科研团队在分析了南极BICEP2望远镜的观测数据后,宣布发现了"原初引力波穿越婴儿宇宙留下的印记"——比预期中强烈得多的一个B模式极化信号。

经过3年多检验,他们排除了其他可能来源。

认定该模式只能由宇宙演化初期暴涨产生的引力波造成。

这一重大发现一经宣布,就引起全球科学界轰动。

  然而,随之而来的不是掌声,而是科学家的质疑。

今年1月,这个美国科学家团队和欧洲空间局专家正式确认,那个发现是错误的。

新的联合分析数据显示,曾经发现的那个信号是由银河系的尘埃干扰造成,而非来源于宇宙暴涨。

  不过,季向东很有信心地告诉记者,探测到引力波已指日可待。

这是因为,全球最大的引力波观测设备——美国激光干涉引力波天文台(LIGO)近日重新开始数据采集,有望在未来几个月内探测到引力波。

LIGO的观测站通过长达4公里的束管发射激光,以便于探测与引力波传播密切相关的空间微小扭曲现象。

  1916年,爱因斯坦发表了第一篇预示引力波的论文。

2016年,这种宇宙"涟漪"很可能被探测到。

如果能形成相隔100年的呼应,岂不令人感叹?季向东说,广义相对论是一种了不起的理论,得到许多实验的检验,外星人的未解之谜,未解之谜有哪些,未解之谜图片,宝藏未解之谜,但爱因斯坦对引力的研究结果绝不是终极,而是开始。

广义相对论对引力的描述在大尺度上是否成立?在极小距离内是否成立?广义相对论和量子力学如何统一?时空是否有高于四维的维度?这些问题都有待探索。

"21世纪物理学呼唤下一个牛顿和爱因斯坦,构建新的引力理论。

"

中国历史上3大未解之谜是怎么回事?一个比一个诡异,最后一个至今无人能解

中华五千年文明,留下了太多谜团。

有些随着考古发现逐渐清晰,有些却越挖越扑朔迷离。

今天要说的这三个,堪称中国历史上最有分量的悬案——一个神秘到像外星文明,一个遗憾到让所有中国人意难平,最后一个,至今没人说得清楚。

一、三星堆:突然出现又突然消失的“天外来客”如果说中国考古有哪个发现最让人头皮发麻,三星堆绝对排第一。

青铜神树、纵目面具、黄金权杖、青铜大立人……这些器物造型之诡异、工艺之精湛,完全不像我们熟悉的中原文明。

没有文字记载,没有历史传承,甚至连它属于哪个族群、信仰什么神灵,至今没有定论。

它和夏商文明没关系,和传统认知中的古蜀文化也不完全一样。

有人说是外星文明,有人猜是西亚文化东传,还有人认为是史前失落的古老王国。

更诡异的是,这个高度发达的文明,存在了约1500年后,突然就消失了。

没有战争痕迹,没有瘟疫证据,就这么人间蒸发。

三星堆,至今是中国上古史最大的“黑箱”。

二、传国玉玺:华夏正统的千年遗憾这是真正让所有中国人意难平的一件国宝。

秦始皇用和氏璧打造,丞相李斯篆刻“受命于天,既寿永昌”八个字,从此成为历代皇帝“合法登基”的唯一凭证。

谁得到它,谁就是天命所归的正统;

没有它,哪怕当了皇帝,心里也发虚。

这块玉玺传了一千多年,历经秦汉、魏晋、隋唐,无数人为它流血厮杀。

直到公元936年,后唐末帝李从珂举族自焚于洛阳,传国玉玺跟着大火一起消失。

从那以后,历朝历代都在找,找到的几乎全是赝品。

明朝、清朝都有人声称找到了真正的传国玉玺,但最终都被证明是伪造。

这件象征着“华夏正统”的国宝,就这样彻底消失在历史长河中,成为千年以来最大的遗憾。

三、是谁修建了秦始皇陵?你可能会说:这有什么说不清楚的?史书上不是写着是秦始皇自己下令修建的吗?问题没那么简单。

秦始皇陵的规模远超古代工程能力的极限——陵冢高五十多丈,地宫以铜铸椁,水银为江河大海,还有各种机关暗器。

现代遥感探测发现,陵墓范围内汞含量异常,证实了史书的记载。

但关键是:秦朝当时人口不过两千万,同时还在修长城、修驰道、征南越、抗匈奴。

以当时的动员能力和技术水平,根本不可能在短短三十多年内完成如此庞大的工程。

更令人费解的是,陵墓中那些超越时代的工艺——青铜剑的表面铬盐氧化处理技术(德国1937年才发明,美国1950年才专利)、兵马俑千人千面的写实技法、至今无法复制的精密铸造工艺——这些东西从哪来的?史书只说“发刑徒七十余万人修陵”,但七十万人怎么组织管理?那些技术从哪里学来?为什么会突然出现、又突然失传?没人说得清楚。

这三个谜团,一个比一个离奇。

三星堆让我们追问:中华文明究竟有多元?传国玉玺让我们遗憾:正统的象征到底在哪?秦始皇陵让我们沉默:有些历史,可能永远挖不出真相。

昆仑山深处无底洞未解之谜,探测深度超千米仍未到底,结构未知

昆仑山,被誉为“万山之祖”,横亘在我国西部的雪域高原之上,承载着千年神话传说,也隐藏着无数未被揭开的自然奥秘。

在它人迹罕至的深处,有一处神秘的“无底洞”,吸引着科考队一次次深入探测,可即便探测深度超过千米,依旧没能触及洞底,其内部复杂的结构更是成了困扰世人的谜题。

今天,就以说说的方式,跟大家聊聊这座无底洞的来龙去脉,说说那些探测过程中的惊险与疑惑,讲讲它从被发现到如今依旧神秘的全部故事。

先跟大家说说这座无底洞是怎么被发现的,没有什么惊天动地的奇遇,反而带着几分偶然。

熟悉昆仑山的人都知道,山脉深处大多是无人区,常年被冰雪覆盖,地质复杂,气候恶劣,除了少数牧民偶尔会在边缘地带活动,几乎没有人敢深入腹地。

大概几年前,一支野外地质勘探队,为了开展昆仑山区域的地质构造调研,深入到了山脉中段的无人区域,那里远离人类活动痕迹,到处都是陡峭的冰崖和裸露的岩石,连常见的高原植被都十分稀少。

勘探队一路小心翼翼地前行,一边记录地质数据,一边排查潜在的危险,毕竟昆仑山的地质活动向来活跃,随时可能出现滑坡、冰崩等意外。

就在他们翻越一处海拔四千多米的冰坡时,队员们突然发现,冰坡下方有一个不起眼的洞口,被厚厚的冰层和碎石掩盖着,若不是其中一名队员不小心踩空,差点坠入其中,恐怕这个洞口还要被隐藏更久。

最初发现洞口的时候,大家并没有太在意,只当是一处普通的冰洞或者岩石缝隙。

可当队员们清理掉洞口的冰层和碎石后,才发现事情并没有那么简单。

这个洞口不算特别大,宽度大概只有两米左右,高度不足一米,需要弯腰才能进入,洞口周围的岩石呈现出一种奇异的暗黑色,摸上去异常光滑,不像是自然风化形成的,反而像是被某种力量长期冲刷或者侵蚀的痕迹。

更让人疑惑的是,从洞口往下望去,一片漆黑,深不见底,即便打开强光手电筒,光线也只能照射到十几米深的地方,再往下就是无尽的黑暗,仿佛一个通往地心的通道。

出于地质勘探的职业敏感,队员们意识到这个洞口不简单,于是立刻暂停了原本的调研计划,开始对这个神秘洞口进行初步探查。

他们先用无人机搭载摄像头,试图深入洞口内部拍摄,可无人机刚进入洞口几十米,信号就突然中断,再也无法联系,最后只能不了了之。

随后,队员们又用绳索绑着探测仪器,慢慢放入洞口,一点点向下探测,可当探测仪器下降到一百多米的时候,绳索突然出现了异常的晃动,像是被什么东西缠绕住,紧接着,仪器的信号也彻底消失,拉上来之后发现,绳索有明显的磨损痕迹,而探测仪器却不见了踪影,仿佛被洞口深处的某种力量吞噬了一般。

初步探查的异常,让这支勘探队既兴奋又谨慎。

兴奋的是,他们可能发现了一处从未被人类记载过的地质奇观;

谨慎的是,这个洞口的神秘和危险,远远超出了他们的预期。

于是,勘探队立刻整理了初步探测的数据和情况,上报给了相关部门,请求派遣专业的探测团队和更先进的设备,对这个神秘的“无底洞”进行深入探测。

大概半个月后,一支由地质学家、探险家、工程师组成的专业探测团队,带着先进的探测设备,抵达了昆仑山深处的这个洞口,开启了正式的探测工作。

这次探测,团队准备得十分充分,带来了高精度的地下探测雷达、耐高温高压的探测机器人、超长的高强度绳索,还有完善的安全防护设备,毕竟谁也不知道,这个无底洞的深处到底隐藏着什么。

探测工作一开始,就遇到了不少困难。

洞口周围的冰层十分脆弱,稍有不慎就会发生坍塌,队员们只能小心翼翼地加固洞口,才能确保探测工作的安全。

进入洞口之后,内部的环境比大家预想的还要复杂,洞口下方并不是笔直的通道,而是蜿蜒曲折,时而狭窄,时而宽阔,有的地方只能容一个人侧身通过,有的地方却宽敞得像一个巨大的大厅。

更奇怪的是,洞内的温度变化极大,从洞口的零下十几摄氏度,随着深度的增加,温度逐渐升高,到了五百多米深的地方,温度已经达到了零上十几摄氏度,而且空气变得十分稀薄,还夹杂着一股淡淡的、说不出的异味,让人感到有些不适。

探测团队一边克服洞内的恶劣环境,一边慢慢向下探测,探测机器人在前开路,实时传输洞内的画面和地质数据,队员们则在洞口监控,随时应对突发情况。

随着探测深度一点点增加,大家的心情也越来越紧张,每向下一米,都可能发现新的异常。

当探测深度达到五百米的时候,机器人传回的画面中,出现了一些奇怪的岩石结构,这些岩石的纹理十分特殊,层层叠叠,像是人为堆砌的一般,但又找不到任何人工加工的痕迹,地质学家们推测,这可能是亿万年以来,地质运动和地下水侵蚀形成的特殊地貌。

可即便如此,大家依旧没有放弃,继续向下探测。

当探测深度突破一千米的时候,所有人都感到十分震撼,因为按照常理来说,这样的天然洞穴,深度一般不会超过几百米,而这个无底洞,在探测到一千米之后,依旧没有见底的迹象,机器人传回的画面中,依旧是无尽的黑暗和未知的岩石结构,没有任何到底的征兆。

更让人疑惑的是,随着深度的增加,洞内的地质结构变得越来越复杂,探测雷达显示,洞内有很多分支通道,像是一个巨大的地下迷宫,而且还有不明的信号干扰,导致探测设备的精度受到了很大影响,无法准确判断洞底的具体位置和内部的详细结构。

说到这里,可能有人会问,为什么探测到一千米还不继续往下?其实,不是探测团队不想继续,而是受到了多种因素的限制。

一方面,探测设备的极限已经接近,超长绳索的承重能力也面临挑战,再往下探测,可能会出现设备故障或者安全事故;

另一方面,洞内的环境越来越恶劣,深度超过一千米之后,压力和温度都达到了设备和人体的承受极限,继续探测,会给队员们的生命安全带来极大的威胁。

无奈之下,探测团队只能暂停探测工作,将探测到的数据和情况进行整理分析。

根据现有数据显示,这个无底洞的深度至少在一千米以上,具体到底有多深,至今无法确定;

其内部结构极其复杂,有大量的分支通道和奇异的岩石结构,而且存在不明的信号干扰,至于洞内是否有地下水、是否有未知的生物,更是无从得知。

自从这个无底洞被发现以来,就吸引了无数人的关注,有人猜测,它是通往地心的通道,有人说,它是远古时期的地下遗址,还有人传言,洞内藏着神秘的宝藏或者未知的生物。

但这些都只是猜测,没有任何科学依据。

地质学家们推测,这个无底洞的形成,可能与昆仑山亿万年以来的地质运动有关,昆仑山作为我国西部的重要地质构造带,板块运动活跃,加上长期的冰川侵蚀和地下水冲刷,才形成了这样一个深不见底、结构复杂的天然洞穴。

如今,几年时间过去了,虽然有不少科研团队想要再次前往昆仑山,对这个无底洞进行更深入的探测,但由于洞内环境复杂、危险重重,加上探测技术的限制,至今没有新的探测行动。

这个藏在昆仑山深处的无底洞,依旧保持着它的神秘,探测深度超千米仍未到底,内部结构依旧未知,就像一个沉默的巨人,默默守护着昆仑山的秘密。

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