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暗物质可以与不同可见物质相互作用,是物质间万有引力的传递桥梁,并能够合理解释万有引力超距作用。

已有 1042 次阅读 2022-2-2 21:19 |个人分类:暗物质|系统分类:科研笔记

宇宙之所以有序运转,一切皆因万有引力。如果失去万有引力,宇宙将陷于极度混沌状态,更不会有生命存在。因此,要了解宇宙的过去、现在与未来,首先要了解万有引力规律。已经有大量的实验研究表明在真空中可以生成正反粒子对,且正反粒子对可以湮灭消失在真空中,暗物质粒子可能是一种包含正反粒子的稳定对称粒子。暗物质粒子是连接星系-行星的谱带,暗物质粒子也具有传递能量的粒子效应。暗物质可以与不同可见物质相互作用,是物质间万有引力的传递桥梁,并能够合理解释万有引力超距作用。

1933年,加州理工大学的瑞士天文学家茨威基在研究星系团时发现了奇怪的现象:星系相对于星系团中心的运动速度似乎太快了。星系团是星系的集合体,可以包含数百个明亮的星系,这些星系由共同的引力场束缚。茨威基研究的星系团被称作后发座星系团,距离银河系3亿光年。茨威基的同事史密斯用当时世界上最好的望远镜收集了星系团中成员星系的速度。利用引力理论,天文学家可以通过星系的运动速度推断星系团的总质量,星系的运动速度越快,说明束缚它们的引力场越强大,也就意味着星系团的总质量越大。而茨威基通过星系速度推断出星系团质量显得太大了,要比星系的质量多出几百倍。茨威基很快将星系团中隐藏的物质命名为暗物质。但由于缺乏其它的独立观测证据,在之后的三十年里,暗物质的概念不时被人提起,却又没有人认真对待。

1960年后,一个证据来自临近宇宙中的漩涡星系。长缝光谱仪的发展使得天文学家可以一次拍摄河外星系不同区域的恒星轨道运动速度,也就是所谓的星系旋转曲线。与星系团中的星系运动同理,星系中恒星的轨道运动越快,意味着星系质量越大。美国卡内基研究所的鲁宾(Rubin)和福特(Ford)在此后的十年间系统地调查了近邻星系的旋转曲线。研究结果表明所有的旋臂星系外围的恒星似乎都转得太快了,如果星系主要的质量只来自可见物质,那么这些星系外围的恒星应该早已逃逸而去。这些近邻的漩涡星系中至少应该包含比可见物质多6倍的暗物质,才能解释观测的旋转曲线。

有人认为恒星远没有用尽宇宙中的氢氦元素,星系中可能存在大量这样的气体,不少人猜测也许它们的质量足以束缚星系外围的恒星,使得它们在星系中无法逃离出去。然而在20世纪70年代,星系团的观测有了新的进展。人们观测到星系团中的气体。这些气体的温度非常高,这使得它们可以发出X-ray辐射。通过X-ray卫星观测,人们就可以估计星系团中气体的质量,而这一质量惊人地达到了恒星质量的5倍。但这些新发现的气体并不能解释消失的质量。事实上,热气体的发现反而加剧了质量缺失问题,因为这些气体温度太高了,如果没有强大的引力势阱束缚,这些气体就会在很短的时间里从星系团中逃逸殆尽。而束缚这些气体所需要的物质量,又是这些热气体质量的10倍左右。

引力在宇宙中是一片独一无二的区域,引力和其它3种力似乎有着本质的不同。电磁力有时候互相吸引,有时候互相排斥,但引力却总是吸引的。这使它可以在大尺度上累加起来。当考察原子时,引力可以忽略不计,但一旦扩展到恒星、星云、星系的尺度上,引力便取代其它力成为主导因素。目前,未能把引力包含进统一体系。电场、磁场和引力场的传播速度均为光速,迄今,所有场物质粒子均未被发现,这里隐含着一个相同的逻辑——光速传播且不可见。另外,暗物质的分布规律与引力场的分布规律相同。实际上,这些场均与暗物质有关。

电子偶极子是一种正反粒子偶极子,各种正反粒子偶极子由于具有良好的对称性,因此具有类似的物理性质。因此,根据暗物质的各种特性,采用正反粒子偶极子模型统一场论。


确认能够以自由状态存在的各种最小物质统称为粒子。电子、中子、质子等是最早认识的一批粒子,陆续发现了大量的粒子的数目达数百种,粒子是物质存在的一种基本形式。

场是物质存在的另一种形式,这主要在于各种正反粒子偶极子是弥散于全空间并形成各种不同的场,它们互相渗透和相互作用着。正反粒子偶极子的不同势能对应不同形式的场,场的激发表现为正反粒子偶极子电离或粒子对显现,不同激发态表现为粒子的数目和状态不同。场的退激发表现为粒子对结合或正反粒子偶极子隐身。场的相互作用可以引起激发态的改变,表现为粒子的各种反应过程,也就是说场是物质存在的另一种基本形式。

而物质处于显现态时主要表现为粒子性,处于隐身态时主要表现为场的特征。因此,物质的粒子和场是辩证统一的。

场态粒子内部的对称粒子时刻运动,偶极矩不断变化,产生各种不同的瞬时偶极。另外,场态粒子之间的瞬时偶极也会相互诱导,粒子间也会产生诱导偶极。场态粒子的各种运动状态的概率相同,因此整体上具有良好的对称性。

当只有场态粒子时,场态粒子电荷、质量、密度、状态等都是均匀的,具有良好的对称性。在没有显态粒子时,场态粒子对称性不会自发破缺。

当场态粒子中出现显态粒子时,显态粒子一旦出现电荷对称性破缺,就会引起场态粒子规律性地电荷对称性破缺,形成电磁场。即电磁场是由于显态粒子电荷对称性破缺引起场态粒子规律性电荷对称性破缺产生的。

显态粒子质量对称性破缺,就会引起场态粒子规律性质量对称性破缺,进而产生场态粒子整体密度对称性破缺,形成引力场。即引力场是由于显态粒子质量对称性破缺引起场态粒子规律性质量对称性破缺产生的。

当显态粒子一旦出现运动状态对称性破缺,就会引起场态粒子规律性运动状态对称性破缺,形成惯性场。即惯性场是由于显态粒子运动状态对称性破缺引起场态粒子运动状态对称性破缺产生的。

只有显态粒子或只有场态粒子都不会形成场,只有显态粒子和场态粒子不断地相互作用才能产生场。场是场态粒子和显态粒子相互作用形成的,粒子和场是辩证统一的。有的时候我们专注于粒子的粒子性,有的时候我们专注于粒子的场的特性,但二者是无法分割的,因此场具有粒子的一切特征,包括质量、动量和能量。




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