http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2012-11-23
科学家千米地下寻找暗物质：或破解宇宙起源
这张照片拍摄于2012年7月31日，由斯坦福实验室提供。展示的是工作人员正在LUX实验设施的顶部开展工作。如果一切顺利的话，该项实验获得的结果或将帮助解答长期以来困扰人们的有关宇宙及其起源的谜团
新浪科技讯 北京时间11月23日消息，据国外媒体报道，科学家们正计划在美国南达科他州一座废弃的金矿内开展暗物质的探测。近期他们表示这项构思精妙的实验项目已经接近准备就绪，预计明年2月份便可以开始投入观测工作。
这项被认为是全世界迄今灵敏度最高的暗物质探测实验被安排在距离地表下方将近1英里的深处，位于一个灌满7万加仑(约合264立方米)水的水池之中。这样做是为了最大限度的将可能造成干扰的宇宙射线粒子屏蔽在外，从而提升对潜在暗物质粒子的探测灵敏度。科学家们周一表示，如果一切顺利的话，该项实验获得的结果或将帮助解答长期以来困扰人们的有关宇宙及其起源的谜团。
哈利·尼尔森(Harry Nelson)是美国加州大学生芭芭拉分校的一位物理学教授，同时也是这项被称作“大型地下氙实验”(LUX)的项目的首席科学家。他说：“我们可能会有令人兴奋的发现。我们所在的这一领域的一项残酷现实便是做什么都很贵，因此我们只能选择做那些我们认为是最为重要的实验。”
此次进行的这项实验同样不便宜，其耗资高达1000万美元。但是就和今年早些时候在瑞士的科学家们发现有“上帝粒子”之称的希格斯玻色子一样，发现暗物质粒子的消息同样将会震动整个科学界。
由于它们具有引力效应，科学家们得以知道暗物质的存在。然而和传统意义上的物质或反物质不同，到目前为止人们还未能实际探测到它们。整个宇宙中常规物质大约仅占到4%左右，暗物质则占了宇宙组成的大约25%。宇宙中剩余的大部分空缺由暗能量填充，这是另外一个巨大的谜团。
在南达科他州开展的这项研究工作可以追溯到2003年，当时科学家们在这里的Homestake金矿开展的实验取得了很好的成果。科学家们随后提出了需求，终于在今年7月份，在多年的经费筹措和谋划之后，LUX探测器被送进了这里的“斯坦福地下研究设施”，这一研究站位于地下4850英尺(约合1478米)深处。这里是一个废弃的矿井，1876年淘金热时这里曾经是矿工们通行的巷道。工作人员们花费两天时间才将这座电话亭般大小的探测器安放到位。在这里，探测器被进一步和宇宙射线隔绝开来。它被置入一个大型超洁净水池之中。
杰里米·莫克(Jeremy Mock)是加州大学戴维斯分校的一名研究生，他已经在LUX实验项目上工作超过5年时间。他说：“建设的阶段已经接近尾声，现在开始进入调试阶段，这就意味着我们开始在地下对系统进行操作了。”
这个地下储水池尺寸巨大，高20英尺(约合6.1米)，直径25英尺(约合7.6米)。将精密的探测器缓缓的降至水池底部的过程花费了整整两个月的时间。科学家们目前正在努力完成最后的管路铺设工作，以便让探测器中的氙保持尽可能高的纯度。在探测器内部充满了液态的和气态的氙，这些氙会被不断地进行循环，并通过一台净化器进行净化，非常像病人进行血液透析治疗的过程。科学家们这样做是为了尽最大可能消除氙中的杂质以便提升探测精度。
尼尔森介绍说，去除水和氙中的杂质可以帮助排除可能造成假警报的干扰信号源。从而提升对暗物质探测的灵敏度。他将这一实验比作夏洛克·福尔摩斯的破案方法——排除已知，寻求未知。他说：“一旦开始取得数据，我们还将需要一到两个月的时间才能将探测器的精度提升至‘最灵敏’级别。”在那之后，科学家们期盼着能开始看到一些他们最希望看到的东西：某些未知的东西。(晨风)
[新浪网]
英德科学家信心爆棚 99.996%确定暗能量存在
腾讯科学讯（Everett/编译）据国外媒体报道，来自英国朴茨茅斯大学和德国慕尼黑大学的科学家小组在经过两年多的研究后发现导致宇宙加速膨胀的暗能量很可能真实存在，模型预测暗能量存在的概率达到了99.996%，但目前还没有探测到暗能量的组成等性质。从暗能量存在概率上看，与欧洲核子研究中心前不久发现的与希格斯玻色子性质极为相似的亚原子粒子概率十分相似。
在起于2009年的暗能量研究中科学家几乎可以肯定认为宇宙中存在暗能量
在过去数十年之后，科学家一直不懈地探索暗能量信息，只不过没有找到直接证据证明暗能量存在。
在2009年对宇宙中暗物质的模拟研究中，科学家们称“几乎”可以肯定暗物质的存在，宇宙中除了4%的普通物质外，其余的都是暗物质和暗能量，虽然目前暗能量作为宇宙加速膨胀的解释理论被科学家普遍接受，但该理论还是存在值得怀疑的地方。2011年的诺贝尔奖物理奖授予了研究了十余年的关于宇宙遥远超新星亮度的发现，科学家通过研究超新星亮度得出宇宙加速膨胀的结论。但有些科学家认为宇宙加速膨胀是一种错觉，是地球与宇宙其余部分相对运动所导致的，另一些研究人员则认为比起宇宙暗能量的未知性，我们对引力之谜的认识缺陷更可能是宇宙加速膨胀之谜未被揭开的主要因素。
根据朴茨茅斯大学科学家团队的研究人员鲍勃·尼科尔（Bob Nichol）介绍：“在我们这个时代，暗能量是一个科学界上的大谜团，所以并不需要太惊讶，因为许多科学家质疑暗能量的存在。但依据最新的研究发现，我们比以往任何时候都相信宇宙中真实存在暗能量，即使我们仍然不知道它是由什么组成的。”本项研究的论文已经发表的英国皇家天文学会的月刊上。
现代宇宙学的一个基本前提是宇宙中的恒星、行星以及气体等物质在宇宙中大约占据了4%，剩余的是大量不可见的组份，暗能量则在宇宙中占据了73%，剩下的23%为暗物质。其中一个被称为完全萨克斯-瓦福效应（ISW）的理论是最能证明暗能量存在的证据之一在早1967年，雷纳·库尔特·萨克斯（Rainer Sachs）和亚瑟·迈克尔·瓦福（Arthur Wolfe）的研究发现来自宇宙大爆炸遗留的辐射在通过空间中大型引力场时会发生光谱变化，该效应被称为引力红移现。
由于暗能量的存在会导致光在穿过大质量天体时会从这些残余的辐射中获得能量。在1996年，天文学家罗伯特·克里滕登（Robert Crittenden）和尼尔·图罗克（Neil Turok）提出可以通过绘制本地宇宙的辐射残留分布图来寻找有关暗能量影响的线索，这项研究持续到了2003年，科学家发现了暗能量的相关线索，尽管非常微弱。科学家花了数十年的时间来调查宇宙残留辐射与暗能量之间的关系，但都没有证据表明暗能量是存在的。
有些科学家认为暗能量可能由宇宙尘埃诱导，而天文学家罗伯特·克里滕登与托马索·詹南托尼奥（Tommaso Giannantonio）率领的英德科学家小组重新对相关观测数据进行分析，最后得出的结论是暗能量几乎可以肯定由宇宙微波背景辐射更热的部分有关。朴茨茅斯大学研究小组的的成员鲍勃·尼科尔认为我们有条不紊地解决了所有的关于暗能量探测的问题，并得出他们无法解释的现象。最后，唯一能解释的就是暗能量。诸如坐落在南非和澳大利亚偏远地球的巨型平方千米阵列射电望远镜可提高宇宙天体测量距离上的棘手问题，并提供更加明确的数据。从理论上讲，暗能量可能是什么物质，这又是另一个问题。
[腾讯网]
科学家或发现能统一暗物质和暗能量的理论
腾讯科学讯（Everett/编译）据国外媒体报道，来自美国印第安纳大学和中国四川大学的研究人员通过数学方法提出了暗物质和暗能量的统一理论，改变了爱因斯坦所描述的关于引力的基本理论。根据印第安纳大学的数学系教授王守红（Shouhong Wang）与四川大学马田（Tian Ma）教授提出了时空能量和动量守恒规律，将普通物质、暗物质以及暗能量都纳入了这个体系之中。
暗能量在大尺度结构上驱动宇宙加速膨胀和星系彼此分离
目前仍然在使用的关于时空弯曲标准依赖于爱因斯坦的场方程，研究人员认为暗物质和暗能量存在于宇宙空间中，至少占据了宇宙的95%，我们需要一套新的引力场方程来描述这种潜在的由宇宙中物质分布不均匀导致的新能量形式，王守红认为这种能量可以是正的也可以是负的。弯曲的时空需要新的标量势场来代表能量密度，进而表述新的引力场方程。目前有很多关于暗能量的不同理论，但对这一问题的研究依然是个未解之谜。
事实上，暗能量的性质或许是宇宙学理论或者天体物理学中最为深奥的不解之谜，同时在理论物理中也是个棘手的问题。科学家在以往多宇宙质量的统计中发现缺少了相当一部分质量，因此这些缺失的物质被称为暗物质，尽管科学家进行多次尝试探测物质的试验，但这个谜团却越来越深。研究人员假设能量-动量的张量不再守恒，而新的引力场方程与爱因斯坦广义相对论是等效的。在暗物质和暗能量被发现之前，爱因斯坦就提出了它引力场论，因此当时就使用了宇宙中普通物质所遵循的能量和动量守恒。
印第安纳大学数学系教授王守红认为新的引力场方程与爱因斯坦方程之间的区别在于增加了二级标量势场协变导数，因此从根本上改变了原先的引力场论，通过弯曲时空的度量值、新的标量势场以及它们之间的相互作用来描述新的理论。研究人员引入张量为解决广义相对论的问题提供了一个简明的框架，同时也使得能量-动量张量量化密度以及当前所使用的时空能量和动量理论变得更加清晰，二阶协变导数是微积分中二阶导数的几何模拟，通过数学上的措施可以得出一个量的变化率。
标量场所关联的是标量势（纯量势）能量密度值和负能量，并代表了宇宙中物质非均匀分布所导致的新能量形式，标量势能量密度与宇宙中星系的运动、及宇宙物质质量分配之间具有相关性，影响着宇宙中每一个区域时空。研究人员认为负能量可产生某种吸引力，同时正能量可以产生一种有别于宇宙中四大基本力的未知排斥力，这四大基本作用力为万有引力、电磁相互作用力、弱相互作用力以及强相互作用力，它们是当今物理学上所承认的基本力。
更重要的是，新的能量和场方程提供了一个能自洽暗能量和暗物质的统一理论，但目前为止暗能量和暗物质被认为是两只完全不同的“宇宙怪物”，虽然在字面上理解似乎看起来存在共同点。暗物质和暗能量可以用新的标量势能量密度总和、能量-动量张量耦合能量以及标量势场进行表达。总量的负数部分代表暗物质，可以产生吸引力，而正数部分代表暗能量，可驱动宇宙中的星系相互远离而扩张。
总的来说，我们相信新的引力理论可以改变能量场理论、引力相互作用以及我们宇宙的结构和形成。根据印第安纳大学数学系主任凯文·扎姆布鲁恩（Kevin Zumbrun）介绍：“关于新的暗物质和暗能量的统一理论存在一定的推测性，因为要证实该理论需要一个匹配的实验。本项研究是一个新的角度去看待关于暗物质与暗能量之谜，如果该理论与实验能匹配，那么就是一个巨大的发现，相当令人兴奋。”
另外，新的暗物质暗能量统一方程也会得出一个经过修改的牛顿万有引力公式，该公式暗示了暗物质在宇宙一定尺度结构上将扮演着重要角色，跨度区间位于一千至一万光年左右。但在更大的宇宙尺度上，如超过一千万光年的宇宙时空结构，暗物质效应就显得弱一些，此时暗能量就起到主导作用。研究人员认为能统一暗物质与暗能量的理论还需要进一步验证。
[腾讯网]
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167亿年后暗能量或驱动“宇宙大撕裂”
腾讯科技讯（悠悠/编译）据英国每日邮报报道，如果神秘暗能量撕碎宇宙，科学家最新提供的一份世界末日时间表能预测显示宇宙将发生怎样的变化：地球将从太阳系剥离，最终发生宇宙爆炸。
令人感到欣慰的消息是，世界末日在遥远的167亿年之后才会出现，人们不必为此担忧
根据当今的宇宙观测，暗能量占据了宇宙70%多的组成
暗能量被认为占据宇宙70%成份，物理学家探索一种叫做“宇宙大撕裂”的理论，该理论认为暗能量最终将摧毁宇宙。
科学家声称，在世界末日来临的前两个月，地球将从太阳系剥离，在此5天之前月球脱离地球引力束缚。在时间终止前28分钟，太阳将被摧毁，在时间终止前16分钟，地球将爆炸。
这个黑暗世界末日预测是依据中国理论物理学家探索的一种潜在“暗能量”理论提出的，该理论指出神秘的暗能量遍及宇宙各个区域。学术研究将计算推测“未来”的一种可能性，由暗能量引发的世界末日。
“宇宙大撕裂”理论认为，暗能量将摧毁宇宙每个区域，在宇宙终结之前的3290万年前银河系将产生引力崩溃。令人感到欣慰的消息是，世界末日在遥远的167亿年之后才会出现，人们不必为此担忧。
暗能量被认为占据当前宇宙70%成份，这项最新研究预测了未来银河系将遭遇的终结命运。在“宇宙大撕裂”理论中，如果暗能量的压力和密度比值低于-1，它们将在有限时间内无限地扩张增长，同时暗能量可以排斥引力作用，这将对宇宙形成负面影响。
来自中国科技大学、中科院理论物理研究所、西北大学和北京大学的科学家共同探讨了“宇宙大撕裂”理论将出现的最坏结果，他们指出，我们希望从当前数据中推断出未来宇宙所遭遇的最坏结果，在最糟糕的情况下，在167亿年之后宇宙时间将终结于一次暗能量的“宇宙大撕裂”。
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