案例1：暗物与反物质-F.docVIP

案例1: 暗物质与反物质 现代物理学上关于暗物质与反物质的研究和相关理论，极大地开阔了人们的眼界，改变着人们对物质的看法，丰富了辩证唯物主义物质观。 镜头一：暗物质 宇宙中大约有1 000 亿个星系。这众多的星系聚集在一起，形成了我们所看见的这个宇宙今天这种复杂的“大尺度结构”。然而令人大惑不解的是，在这个宇宙中，我们眼睛所看到的物质数量实在太少了。靠这样少的物质，在宇宙诞生以来的一百几十亿年间根本来不及形成这样的大尺度结构，更来不及诞生一个个的星系。为了解决这个矛盾，科学家假设宇宙中还存在着大量我们眼睛看不见的“暗物质”。 什么是暗物质 几十年前，暗物质（Dark Matter）刚被提出来时仅仅是理论的产物，但是现在，我们知道暗物质已经成为了宇宙的重要组成部分。暗物质的总质量是普通物质的6.3 倍，在宇宙能量密度中占了1/4 ，更重要的是，暗物质主导了宇宙结构的形成。 暗物质就是科学家所说的眼睛看不见其本来面目的一种物质，简直就像“隐身人”。然而，这种看不见的物质确实存在。 众所周知，我们之所以能够看见物体，全是靠光。例如你看见面前的一只苹果，那是因为苹果表面反射的光进入到你的眼睛的缘故。如果这只苹果是由不反射光的物质所组成，那么你自然就看不到它。宇宙中还有类似“透明的苹果”这样的物质，不论什么光照射在这种物质上，都不受影响地径直穿过。宇宙中能被观测到的物质，比如星系（Galaxy）、恒星（Star）、气体（Gas）和行星（Planet）都是由能够发光的正常物质组成的。望远镜之所以能够观测到天体，是由于接收到了来自天体的电磁波（自身发出，或者反射其他天体的电磁波）。电磁波因其波长不同而具有不同的名称，除了可见光之外，还有红外线、紫外线、X射线、r射线等。暗物质和普通的物质非常不同，这是一种不与任何电磁波发生相互作用的物质，是绝对看不见的。因为暗物质不会发出任何光或热，现代的望远镜无法观测到它，它似乎只能通过引力与其他物质发生相互作用。 如何证明暗物质的存在 尽管眼睛看不见暗物质，我们却不能忽视它。宇宙正是由于这种暗物质的存在，才成了现在的这种样子。通过间接观测，科学家证实了暗物质的存在，但是现在仍然不能确切地知道它究竟是什么。迄今为止的所有观测结果都支持这样一种观点，即确实有一种看不见（不与电磁波发生相互作用）的物质，它们具有质量，而且大量稳定地存在于宇宙之中。 查找暗物质首先必须做的，是对天体的观测。美国能源部斯坦福直线加速器中心（SLAC ) Kavli 粒子天体物理和宇宙学研究所的科学家们对一个离我们三十亿光年远的子弹星系团（Bullet Cluster）进行了观测。子弹星系团是一种不同寻常的宇宙结构，它实际上是由两团星系迎面相遇并彼此穿过而形成的。由于两个星系团以每小时一亿英里的速度撞到一起，它们内部包含的发光物质由于相互之间存在引力之外的相互作用力，相互挤压而出现减速。但是两星系团中的暗物质由于相互之间没有这种排斥力，它们并不减速，从而直接穿过。这就导致暗物质跑到发光物质的前面去了，于是每个星系团就分成了两部分：暗物质在前，发光物质在后。研究者们比较了发光物质的X 射线图和对星系团总质量的测量结果，从而探测到了暗物质和发光物质的分离。他们观测了星系团所导致的引力透镜效应（Gravitational Lensing Effect )——在这种现象中，从星系团后部星体发出的光由于受到星系团引力的作用而发生偏折，星系团的质量越大光线偏折就越厉害，光线偏折得越大也就说明星系团的质量越大——从而获得了星系团的总质量。 科学家们通过哈勃望远镜（Hubble Space Telescope）、麦哲伦望远镜（Magellan Telescope）以及甚大望远镜（Very Large Tel escope）对光线偏折的测量,能够还原出在子弹星系团中质量的分布情况。然后他们将之与chandra X 射线望远镜拍得的发光物质X射线图进行了比较，结果发现了四个独立的物质团：其中比较大的两个由暗物质组成，它们从碰撞点加速飞离；另外较小的两个由发光物质组成，它们在碰撞点附近缓慢地移动。星系团在空间上分离成两部分证明了两种物质的存在，而它们表现出的巨大差别则显示了暗物质奇异的性质。 同时还要做的另一项工作，是用实验来验证有可能是暗物质的基本粒子是否确实存在。欧洲核子中心目前正在建设一台巨型加速器“LHC”（大型强子对撞机），准备用这台加速器来加速质子，进行质子的高能对撞实验。研究者认为：“正在实施中的COSMOS 计划还需要进一步提高测量星系距离的精度，争取得到更加精细的暗物质在宇宙中的分布情况。把对天体的观测同基本粒子物理学研究结合起来，长期像幽灵一样存在的暗物质之谜，大概在不久的将来就有可能得到