探秘物理学六大“僵尸”

作者: 宗华

来源: 中国科学报

发布日期: 2015-11-09 16:48:59

本文介绍了《自然》杂志梳理的物理学、天文学和宇宙学中的六个“僵尸”现象,这些现象既不能被证实也无法被搁置,包括“邪恶轴心”、季节性“幽灵”暗物质、发光的银河传奇、恶魔般的质子差异、邪恶的“我的上帝”粒子和大G常数的永恒波动。

《自然》杂志梳理了物理学、天文学和宇宙学中的一些发现——研究人员屡次任其自生自灭,却发现它们总是“阴魂不散”。当一项科学成果看上去展示出一些真正新颖的东西时,随后的实验应该或者证实它——使教科书重写,或者证明它是测量异常或试验错误。不过,一些发现似乎永远夹在两者中间。即便是努力重现这些成果,也几乎没有成效。

被称为宇宙微波背景辐射(CMB)的宇宙大爆炸暗淡余辉,在所有方向几乎是一致的。

从一点到另一点,它的温度变化小于十万分之一。宇宙学家预测这些微小的温度差异是随机分布的,但2003年,当美国宇航局(NASA)威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)卫星测量CMB并在不同尺度上描绘出这些波动时,一些意想不到的模式出现了。一种神秘的冷斑隐藏在南半球天空;天空中大多数区域之间的波动比预想的小很多;而一些尺度上的波动看上去会沿着一个特定的方向排列,形成所谓的“邪恶轴心”。

就像一阵能穿透墙壁的妖风,银河系中的暗物质能持续地从所有方向穿透地球,甚至是人体。这种物质被认为占据了约85%的宇宙物质,但从未被明确地探测到。不过,自上世纪90年代末,DAMA(位于意大利萨索山山下的洞穴地下实验室)试验的物理学家探测到拥有碘化钠晶体的暗物质可能在发生相互作用。这些信号的强度依据季节模式发生变化,而这是可以预期的,因为地球围绕太阳旋转时,其速度相对于周围的暗物质应当会发生变化。

2009年,两位物理学家在来自NASA费米伽马射线空间望远镜的数据中发现了种神秘的光。他们认为,这种电磁辐射可能是暗物质粒子在银河系中心附近聚集然后相互碰撞摧毁的结果。它以γ射线形式存在,并且看上去超越了已知来源应当产生的物质范畴。自此以后,一些团队提出了针对γ射线的其他非暗物质解释,最新的观点是它来自死亡恒星的残留物——脉冲星。

2010年,来自德国马普量子光学研究所的Randolf Pohl及其团队测量了质子的半径,发现其比此前预测的小4%。该团队利用了一种新技术,即用被称为μ介子的带负电荷粒子替代氢原子中的电子,然后测量了将μ介子撞击到单质子原子核附近较高能量轨道上所需的能量的细微变化。

超高能宇宙射线拥有的能量比最强大的人造加速器产生的粒子高出几千万倍,并且至今仍是个谜——并未有宇宙中的已知现象能产生它们。2007年,皮耶奥格观测站似乎正走上发现这些有时被戏称为“我的上帝”粒子的来源的道路。该观测站的探测器散布在阿根廷3000平方公里的潘帕斯草原上。

引力的强度到底是什么?令人吃惊的是,物理学家仍无法就“大G”常数的值达成一致。它在可追溯至1687年的牛顿万有引力定律和爱因斯坦的广义相对论中均占据重要位置。不同的试验技术发现了截然相反的数值。而基于量子物理学的试验的加入,似乎让这种差异更加严重。一项旨在使来自全球的实验室联手寻找解决方法的行动正在进行中。

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