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有爭議的理論 暗物質是由迷你原始黑洞組成
2018-12-18 20:37:25 *
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作者 主題: 有爭議的理論 暗物質是由迷你原始黑洞組成  (閱讀 125 次)
peter
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« 於: 2018-04-16 19:45:31 »

https://www.cnbeta.com/articles/tech/716961.htm
發表在3月23日出版的《物理評論快報》雜誌上

 
暗物質是宇宙中神秘額外發送質量,它們不釋放光線,但會產生引力作用,實際上可能是由起源於宇宙大爆炸的原始黑洞構成。目前,依據最新研究理論表示,這些微型迷你黑洞的誕生可能與希格斯玻格色子有關。這一理論發表在3月23日出版的《物理評論快報》雜誌上,研究人員指出,原始黑洞是在產生希格斯玻色子的作用場中形成的,在大型強子對撞機(LHC)實驗中,研究人員將希格斯玻色子描述為「上帝粒子」。

研究報告合著作者、瑞士日內瓦大學物理學家安東尼奧·里奧托(Antonio Riotto)說:「原則上講,所有暗物質的解釋都是基於原始黑洞的形式。」

然而,並不是每個人都對此信服,一些物理學家稱,這些原始黑洞不太可能解釋宇宙所有的暗物質。

迷你黑洞

希格斯玻色子是在所謂的希格斯場(Higgs field)中產生的,它們在宇宙中瀰漫,並對粒子賦予質量。當科學家發現希格斯玻色子存在時,證實它比質子重126倍,比多數物理學家預想的更輕。在進行一些計算之後,物理學家意識到希格斯玻色子的質量暗示著希格斯場可能不會處於最穩定的狀態。

更重要的是,希格斯玻色子的質量暗示著在宇宙早期膨脹過程中,當物理在大爆炸之後立即向外擴散時,不穩定的希格斯場經歷了量子漲落(quantum fluctuations),在希格斯場不同部分存在著不同密度的物質。

依據這項最新研究,這些波動使得小塊空間區域的質量密度非常高,以至於坍縮形成一個黑洞。這些小型迷你黑洞的質量大約10萬億公斤,質量與珠穆朗瑪峰相近。

該理論在許多層面上都具有一定的吸引力:暗物質並不釋放可探測光線,黑洞也是如此。而原始黑洞如果存在的話,將是證實希格斯場並非處於最低能量狀態的物理證實。同時,這一最新理論也將解釋暗物質,而不需要任何超越標準模型的新物理概念,它描述了微小亞原子粒子的行為特徵。

然而,如果這些原始黑洞確實存在,物理學家將如何發現它們呢?現今它們看上去會像大約140億年前誕生之初的狀況嗎?

隨著時間的推移,黑洞會吸引和吞噬越來越多的質量。但可能還有另一種作用場運行,那就是虹吸黑洞物質的「霍金輻射(Hawking radiation)」。「霍金輻射」理論認為,由於量子效應,黑洞會釋放粒子和能量。隨著時間的推移,霍金輻射可能導致它們完全蒸發,它們質量越小,消失得越快。黑洞釋放的粒子和能量非常安靜和微弱,以至於它們從未被探測到,儘管大多數科學家相信它們真實存在。隨著時間的推移,黑洞中的粒子和能量獲得更多的質量,在140億年時間的過程中通過霍金輻射損失這些粒子和能量,現今殘留的原始黑洞可能非常微小,或者非常龐大。

具有爭議的理論

目前宇宙中黑洞構成所有暗物質的理論仍存在一定爭議,物理學家現已排除了質量較低的黑洞,因為現今並未探測足夠多的黑洞,用於解釋宇宙中所有額外質量。然而,物理學家現已排除了中型大小的黑洞,例如:2016年2月,雷射干涉引力波天文台(LIGO)探測到兩個正在合併過程中的黑洞,它們的質量分別是太陽的29倍和36倍。該質量等級原始黑洞並未被排除。

但是一些物理學家置疑這些天體能否解釋宇宙中大多數暗物質,美國加州大學河濱分校黑洞物理學家西米恩·伯德(Simeon Bird)說:「根據我們現今所了解的情況,原始黑洞不太可能全部是由暗物質構成。但是我們無法精確至1%-10%。要證明這一觀點,最簡單的方法就是探測原始黑洞。」

伯德強調稱,當前正在智利境內建造的大型綜合巡天望遠鏡(Large Synoptic Survey Telescope)將是搜尋這些遠古原始黑洞的理想選擇。

美國約翰霍普金斯大學理論物理學家馬克·卡米恩科夫斯基(Marc Kamionkowski)曾撰寫的研究報告主張暗物質是由黑洞組成,在報告中他保持類似的謹慎態度。他說:「在過去一年裡,我對黑洞構成暗物質這一想法的信心產生過動搖,因為雷射干涉引力波天文台並未找到黑洞合併的充分證據,從而證實該理論。但是我仍認為該觀點十分有趣。這篇最新研究報告提供了產生黑洞的早期宇宙機制,引起了天文學家的濃厚興趣。

原始黑洞仍是一種假設,除非我們探測到質量低於太陽的黑洞,而希格斯場對研究人員提出的創造性解釋,在沒有發現原始黑洞之前是無法證實的。

並不是每個人都相信,就像研究人員所做的那樣,原始黑洞和暗物質可能是同質的,但是卡米恩科夫斯基曾在2017年聲稱:這是一個古怪的想法,任何關於暗物質的每一種觀點也可能是瘋狂想法。


原文網址:https://read01.com/8zMN4Ba.html

https://www.livescience.com/62235-dark-matter-primordial-black-holes.html


https://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.120.121301
Cosmic Instability Could Have Created Dark Matter
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