张延年 - 暗物质与宇宙模型.pdf

极辐射是指垂直于电偶极方向辐射最强，平行方向辐射为零。

正反粒子偶极子只能传递电磁波无法反射电磁波！

暗物质已知特性包括：①具有质量；②连接星系的“谱带”；③具有万有引力特征；④具有传递能量的粒子效应；⑤可被极化；⑥分布规律与引力场分布规律相同；⑦湮灭产生等量的正反粒子。

麦克斯韦用被誉为有史以来最美公式完美地统一了电和磁，预言光是一种电磁波，并精准地预测了电偶极子，赫兹用实验完美地验证了电偶极子，这表明空间里含有电偶极子。电偶极子的两极只能是质量相等、电荷相等，否则会反射电磁波而可见，正反粒子偶极子是电偶极子的唯一选择。

目前普遍认为电子对结合的电子偶素(positronium)是不稳定的，正负电子均全部转化为伽马射线等能量。另外，伽马射线也可以在真空中生成电子对。正电子是反物质，电子对和“光子”可以相互转化，但这里的物质、能量和电荷的守恒问题需要严格论证。A.正反粒子对结合前具有质量、能量和电荷，本身具有的电势能足够转化为伽马射线等能量，质量和电荷哪里去了？B.正反粒子对与“光子”相互转化的机理需要严格论证，为什么是成对转化，不能单个粒子转化？是由于单个粒子没有电势能，只有粒子对有电势能转化为电磁能。C.质量与能量相互转化缺乏精准的实验验证，能量脱离物质能否单独存在也需要严格论证。物质是能量的本体，没有物质能量无所依；物质是能量的受体，没有物质能量无所传；且能量的传递过程必须伴随着物质间的相互作用。D.加速器中正反质子对和正负电子对都被加速到接近光速，质子对质量是电子对质量的1836倍，质子对初始动能是电子对初始动能的1836倍，质子对和电子对结合后都是释放出一对“光子”，但减掉初始动能，质子对和电子对结合释放的能量是相同数量级的。这表明电子对和质子对将电势能转化为电磁能，结合为能量更低、更稳定的正反粒子偶极子。E超强电场、交变电场、超强磁场等众多方法能在“真空”中产生电子对，电子对是如何凭空产生的。F.电子的轨道跃迁吸收或释放“光子”，仅仅是电子的电势能与“光子”相互转化。没有证据表明“光子”转化为不同带电粒子，或不同带电粒子转化为“光子”。 G.在任何情况下，任何两束交叉光都不会发生碰撞，表明运动中的“光子”的体积为零，且无静止质量，意味着光子仅仅是能量子，否则物理本质无法解释。H. 体积与静止质量为0的“光子”不含任何电荷，单个“光子”传递电磁波的机理需进一步论证。I. 威尔逊云室实验表明单个粒子的运动轨迹不是波动的，完全符合宏观物质的运动规律，单个光子的波动机理需进一步论证。J. 单个“光子”振动形式及其产生横波而非纵波的机理需进一步论证。K. 不同介质中的“光子”仅仅在交界面发生速度变化的传播机理需进一步论证，并且只有介质才能影响“光子”速度的机理需要严密论证。L. 光子间不能相互吸收、传递或相互作用，与电磁波理论有明显矛盾。M. 电子对碰撞可以产生质子对或介子对，质量比相差3个数量级，但能量却相当。N.正反粒子对碰撞的电势能                                               ，电子直径小于10^-18米，碰撞的电势能不小于释放的电磁能，在这个过程中，巨大的电势能被忽略了。

实际上，正反粒子对产生与湮灭，本质上就是对称性破缺与对称性恢复的不断循环过程。电子偶素仅仅是正负电子对与电子偶极子转化的过程，且仅仅是一个过程。在量子场论中的正反粒子偶极子是场的基态，而采用不同方法电离分解出的正反粒子对是场的激发态。而观测到的只是正反粒子对结合，并将电势能转变为电磁能释放的过程，并没有发现正反粒子偶极子的最终产生，由于正反粒子偶极子是对称的，只能传递电磁波，不能反射电磁波，因此无法被电磁波所直接探测到，是暂时不可见的暗物质。因此，电子偶素记录的仅仅是一个及其短暂的过程，最终产物是暂时还不可见的正反粒子偶极子。

另外，可以通过能量与物质的辩证关系论证。首先，物质的最重要特征是物质性，即物质不能创生，也不能消失，质量和能量的相互转化缺乏确凿的实测证据。其次，物质是能量的本体，没有物质能量无所依。能量是物质的属性，任何能量都不能脱离物质而单独存在，不存在无物质的能量。目前没有任何证据表明能量能脱离物质而单独存在。还有，物质是能量的受体，没有物质能量无所传。物质和能量不能相互转化，同时，二者是不可分割的共同体。但能量可以转化与传递。最后，没有物质的相互作用，能量无法传递。

电子对能够结合生成电子偶极子；电子偶极子也能够电离分解成电子对。电子偶素只是电子对生成电子偶极子的中间过程。由于现今条件下，只能观测到这个结合过程，还无法“看到”最终的结合产物，因此很多人误认为这个过程是最终不稳定的产物，而忽略了隐藏在背后的最终产物。

量子场论（Quantum Field Theory, QFT），是量子力学狭义相对论和经典场论相结合的物理理论，已被广泛的应用于粒子物理学和凝聚态物理学中。量子场论为描述多粒子系统，尤其是包含粒子产生和湮灭过程的系统，提供了有效的描述框架。

量子场论的最初建立历程是和量子力学以及狭义相对论密不可分的，它是基本粒子物理标准模型的理论框架。后来，非相对论性的量子场论也被应用于凝聚态物理学，比如描述超导性的BCS理论。2013年的诺贝尔物理学奖被授予量子场论中希格斯机制的发现者。希格斯粒子也是构造粒子物理标准模型的最后一环。

上世纪30年代，瑞士天文学家Fritz Zwicky注意到一个遥远星团中的星系彼此绕行的速度比给定的可见质量的行星要快得多，于是提出了“暗物质”的概念，认为可能是暗物质在引力上拖曳了这些星系的轨迹。此后，研究人员证实，这种神秘的物质充斥着整个宇宙，其含量是构成恒星和人体等普通事物的正常物质的六倍！尽管科学家认为在整个宇宙中都存在暗物质，但直至今天，有关暗物质仍然存在11个最大且悬而未决的谜团。

什么是暗物质？

最令人困惑的是，迄今为止研究人员仍然不确定暗物质到底是什么。一些科学家推测，宇宙中丢失的质量是由小的微弱的恒星和黑洞组成的，然而详细的观察并没有发现足够多的证据来说明暗物质的影响。目前，暗物质的主要竞争者是一个假设的粒子，称为弱相互作用质量粒子（WIMP），其行为类似于中子，质量是质子的10至100倍。然而，这种猜想只会引发更多问题，例如：我们可以检测到暗物质吗？

我们可以检测到暗物质吗？

如果WIMP产生了暗物质，那么它们应该在我们周围，为什么我们没有检测到呢？尽管暗物质不会与普通物质发生很大的相互作用，但暗物质粒子在穿过太空时总是有少许机会撞击质子或电子等正常粒子。因此，研究人员进行了一个又一个的实验，研究地下深处的大量被屏蔽了的普通粒子，这些粒子可以模仿暗物质粒子碰撞的干扰辐射。但是经过数十年的搜索，探测器仍然没有取得可信的证据。暗物质粒子似乎比WIMP小得多。

暗物质是否包含一个以上的粒子？

普通物质是由质子和电子等寻常粒子以及诸如中微子和介子等更奇特的粒子组成。因此，研究人员想了解构成宇宙物质85％的暗物质是否也可能同样复杂。哈佛大学的物理学家安德烈·卡兹（Andrey Katz）表示：没有充分的理由认为宇宙中所有暗物质都是由一种粒子构成的。暗质子可以与暗电子结合形成暗原子，产生与在可见世界中发现的一样多样和有趣的构型。尽管在物理实验室中越来越多地提出了这样的建议，但迄今为止，科学家们还没有想出一种方法来确认或否认这些建议。

是否存在暗力量？

除了暗物质的其他颗粒外，暗物质还可能会受到类似于常规物质所感受到的力的作用。一些研究人员已经探索了“暗光子”，就像在普通粒子之间交换的光子会产生电磁力，只是只有暗物质粒子才能感觉到它们。如《生命科学》报道，意大利的物理学家正在加紧准备将一束电子及其反粒子（称为正电子）粉碎成钻石。如果确实存在暗光子，则电子-正电子对可能会湮灭并产生一种奇怪的载力粒子，从而有可能打开宇宙的全新领域。

暗物质是由轴子组成吗？

无法被证明的WIMP被越来越多的物理学家所摒弃，但其他暗物质粒子开始受到青睐。首当其冲的是一种假设粒子，称为轴子，其重量的1041倍相当于一个质子。目前科研人员正在一些实验中寻找轴子。最近的计算机模拟提出了这样的可能性，即这些轴子可能形成星形物体，可能会产生可检测到的辐射，这与被称为“快速无线电爆发”的神秘现象非常相似。