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暗物质能组成生命吗?小部分暗物质可能会相互作用

2019-08-20 点击:619
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新浪科技讯北京时间8月14日消息,据国外媒体报道,据科学家估计,常规材料仅占宇宙总能量的二十分之一,暗物质约占六分之一,其余为由暗能量组成。从能量计算中,你可能会认为传统物质在很大程度上是无关紧要的,但对于大多数人来说,传统物质是宇宙中真正重要的一部分。除了宇宙学家,几乎每个人都关注传统物质,而不关注暗物质和暗能量。

当然,我们更关注传统问题,因为我们自己是由传统材料组成的。就像我们生活的有形世界。我们关注传统物质的另一个原因是它们丰富的互动性。通过电磁力,弱核力和强核力的相互作用,传统材料可以使世界的可见物质形成一个复杂而密集的系统。由于传统材料的非引力相互作用,不仅是恒星,还有岩石,海洋,植物和动物的存在。就像啤酒中的少量酒精对狂欢节的影响要大得多,影响其他成分。虽然常规物质仅占能量密度的一小部分,但它比暗物质和暗能量更能影响自身和周围环境。更明显的是。

我们熟悉的可见物质约占传统物质的15%。在商业和政治领域,前1%的人互相交流,领导决策和政策,而其余99%的人口提供基础设施和支持。包括维护建筑物,维护城市运营以及为人们的餐桌提供食物。未被广泛认可。同样地,传统物质几乎占据了我们所看到的一切,而暗物质虽然无处不在,但它有助于形成促进恒星形成的星团和星系,但直接导致今天的环境。影响非常有限。

我们周围的一切似乎都是传统物质的原因。它允许我们的身体移动并为我们的经济提供能量;您正在阅读本文的计算机屏幕,以及您能想到的一切,都是由传统物质组成的。如果某些东西有可衡量的互动,那么值得关注,因为它对周围的一切产生了更直接的影响。

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通常,暗物质缺乏这种有趣的效果和结构。一般的假设是暗物质是一种“粘合剂”,它与星系和星系团结合,但只在它们周围的无定形云中。但是如果这个假设不正确,只是因为偏见和无知误导了我们呢?

粒子物理学的标准模型包括六个夸克,三个带电的轻子(包括电子),三个中微子,所有负责的粒子,以及新发现的希格斯玻色子。如果暗物质的世界也相当丰富?在这种情况下,即使大多数暗物质相互作用可能存在或可能不存在,但是一小部分暗物质可能表现出类似于传统材料的相互作用。标准模型中的丰富粒子和力量构成了复杂的结构,并导致了许多有趣的现象。如果暗物质包含相互作用的成分,则该部分也可能具有效果。

如果我们是由暗物质组成的生物,我们错误地认为传统物质领域中的粒子属于同一类型。也许我们也犯了类似的错误,可能是由传统物质构成的。描述我们所知材料的最基本组件的粒子物理标准模型非常复杂。考虑到这一点,所有暗物质只包含一个粒子似乎很奇怪。为什么不假设某些暗物质有自己的相互作用呢?

在这种情况下,正如常规物质由不同类型的粒子组成,并且这些基本粒子通过不同的电荷组合相互作用,暗物质也具有不同的基本粒子,并且这些不同的新粒子类型中的至少一个将经历非重力相互作用。标准模型中的中微子在强核或电磁力作用下不会相互作用,而六种类型的夸克则相反。

以类似的方式,可能存在暗物质粒子,其在重力外非常少地相互作用,或者不相互作用,但是的一小部分可以是5%或者将发生非重力相互作用。根据我们在传统材料世界中所看到的情况,这种情况可能比通常的假设弱得多,或者更不可能发生不相互作用的单个暗物质粒子。

传统物质的许多组成部分具有不同的相互作用,并以不同的方式为世界做出贡暗物质也可能具有不同的行为,并且可能以可测量的方式影响宇宙的结构。

令人惊讶的是,很少有人考虑过它,假设只有传统材料表现出粒子类型和相互作用的多样性是荒谬和傲慢的。一些物理学家试图分析不同的模型,例如“镜子暗物质”,它描述了模仿所有传统物质的暗物质。但是这样的例子过于特殊且难以理解,其含义难以与我们所知道的一切相协调。

还有一些物理学家研究了更为一般的暗物质相互作用模型,但他们认为所有暗物质都是相同的,因此也会产生同样的效果。没有人考虑过一种非常简单的可能性,即尽管大多数暗物质不会相互作用,但一小部分暗物质可能会相互作用。

一个显而易见的可能原因是,大多数人会认为,如果彼此相互作用的特殊成分只占暗物质存量的一小部分,那么这种新的暗物质类型可能与大多数可测量的现象无关。我们甚至没有观察到暗物质的主要成分,现在关注较小的部分似乎为时尚早。

但是,如果你记得传统材料只携带暗物质能量的20%,你会发现这种逻辑存在一些缺陷。经历更强的非重力相互作用的物质可能比大量弱相互作用的物质更有趣和有影响力。

我们已经知道传统物质也是如此。传统材料占宇宙成分的比例非常低,但影响很大。在密集的传统材料托盘中,可以形成恒星,行星,地球甚至生命。带电暗物质成分虽然不一定如此丰富,但是也可以折叠成光盘,就像银河系中可见的光盘一样。它甚至可能分裂成星星等物体。原则上,可以观察到这种新的盘状结构,甚至可以比传统观点中占优势的低温暗物质组分更容易观察到。

一旦你开始思考这些方面,可能性将迅速增加。毕竟,电磁力只是标准模型粒子经历的几种非重力相互作用之一。除了将电子与原子核结合的力之外,传统材料世界中的标准模型粒子通过弱核力和强核力相互作用。在传统物质的世界中可能存在更多的力量,但它们在可实现的能量上必须非常弱,因为到目前为止还没有人观察到它们的任何迹象。然而,即使仅存在三个非重力相互作用也表明相互作用的暗物质也可能经历非重力相互作用,而不仅仅是暗电磁力。

除了电磁力,核力也可以作用于暗粒子。在这种更可能的情况下,由核燃烧形成的暗星可以产生与传统材料更相似的结构,而不是迄今为止描述的暗物质。在这种情况下,暗盘中可能有许多暗星,被黑暗原子组成的黑暗行星包围。因此,这些暗物质可能具有与传统材料相同的复杂性。

相互作用的暗物质的一部分显然为投机提供了肥沃的土壤,并鼓励我们思考可能无法想象的可能性。对于作家和电影观众来说,暗物质领域的这种额外力量及其触发的结果非常诱人。他们甚至可能暗示宇宙中可能存在与我们共存的暗物质。

但是,情况并不一定有趣。电影摄影师很难接受暗物质的生活。当然,我们和他们看不到对方。即使暗物质生命存在(或存在),我们也不知道。你不知道黑暗生命有多可爱。几乎不会知道。

虽然推测暗物质生命的可能性很有意思,但找到观察它们甚至更间接地检测它们的方法要困难得多。人类寻找系外行星正在努力工作,用同样的材料寻找生命是充满挑战的,如果存在暗物质生命,证据将不仅仅是遥远宇宙中传统物质生活的证据。更难以捉摸。

直到最近,我们终于从巨大的黑洞中探测到了引力波。我们几乎没有机会发现暗物质生命的引力效应,无论它们与我们有多接近。

理想情况下,我们希望以某种方式与这个新领域进行沟通,或者让他们以独特的方式与我们沟通。但如果这种新生活没有经历我们所经历的同样的力量,那么沟通将无法奏效。即使我们经历相同的引力,由小物体或生命形式施加的重力几乎肯定会太弱而无法检测到。只有非常大的暗物质物体,例如横跨银河系平面的圆盘,才会产生明显的后果。

暗物质天体或暗物质生命可能接近我们,但如果暗物质的净质量不是很大,我们就无法知道它们的存在。即使使用最先进的技术或我们今天可以想象的任何技术,也只有少数非常特殊的可能性可以验证。暗物质生命听起来令人兴奋,但它不一定会产生任何可见的后果,我们会注意到它,使其成为一种有吸引力的可能性,但它不会受到观察的影响。公平地说,暗物质生命的存在是一项艰巨的任务。对于科幻小说作家而言,创造这一点可能没有问题,但对于宇宙来说,要创造暗物质需要克服许多障碍。目前尚不清楚所有可能的化学反应中有多少可以维持生命,即使在那些维持生命的化学反应中,我们也不确切知道要进行哪种环境。

尽管如此,暗物质生命仍然存在于原则上,甚至可能在我们眼前。但如果与我们世界的传统材料没有更强的互动,我们可能永远不会知道它们的各种状态。但有趣的是,如果暗物质世界中存在相互作用,那么它是否与生命有关。它最终可以测量它对宇宙结构的影响,然后我们可以更多地了解暗物质世界。 (任天)

关于作者:Lisa Randall是哈佛大学的科学教授,研究理论粒子物理学和宇宙学。本文摘自她的书《暗物质与恐龙》(暗物质和恐龙)。

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