2016年1月20日 星期三

暗物質的新理論

January 14, 2016
標準宇宙模型(Standard Cosmology)是目前的典範(Paradigm),很多人認為它是一切理論的基礎。標準宇宙模型闡述說,宇宙是由一個極度高溫、極度高密度的奇異點(singularity)所爆炸而產生的,而且現在仍然無止境的膨脹。然而,如果這個理論不完全是正確的呢?
          近期,布魯克黑文國家實驗室(Brookhaven National Laboratory)、費米加速器實驗室(FermiNational Accelerator Laboratory)和石溪大學(Stony Brook University)的科學家們提出了一個解釋暗物質(darkmatter)的理論。他們說明,在大爆炸後的瞬間,存在次級膨脹(secondary inflation)使得暗物質充斥於廣泛宇宙。
          研究小組領袖Hooman Davoudiasl說到:「大致上來說,我們現在的基本理論可以精確的預測和計算很多事,然而,當他碰到暗物質時,嗯,這就難說了。如果計算得比較少的暗物質,你大可以另找資源,然,如果太多就是一個大問題了。」
          測量暗物質事件棘手的事情。他不會跟外界有明顯的反應,畢竟他是「暗」物質。但是,他所產生的重力場給了科學家一道曙光。就目前觀察,暗物質占了宇宙質能的1/4,而我們一般的物質只佔了5%而已,可說暗物質統帥著這個宇宙,激發眾多科學家的好奇心去探究暗物質的形成。
          有些人很優雅地解釋的暗物質的形成。他們聲稱,觀察重力與其他三大基本作用力(fundamental interaction),重力顯然不對稱的的小,然而,這解釋法不被學界所接受,因為他預測了過多的暗物質。
          Hooman Davoudiasl和他的同僚們順利的解決這個問題,他們在大爆炸後,產生了時空後,定義了一小段時間。
「在現今的典範裡,宇宙開始劇烈膨脹約於大爆炸的10-35秒後,然後持續了些微的時間(真的很些微),就是熱熱的宇宙,接下來則是冷冷的宇宙,眾多輕物質(lighter elements)形成了。但我們認為在這些里程碑之間,存在另一個劇烈膨脹的時期。縱使他沒有像一開始的那麼的劇烈,但他仍可成為解釋暗物質的稀釋。」
一開始時,小小的空間內溫度暴增至幾十億度,暗物質對撞的機率極高,而在他們對撞後剩下的能量就產生的電子及夸克組成一般物質的東西,然而,不久之後,空間暴漲的速度超越對撞的頻率,使得暗物質毀面的頻率低於暴漲的速度。
「注意這點,在暴漲後暗物質可以說數目已經固定,因為在低溫下,暗物質很難跟互相反應,跟自己反應也缺效率。」
在綜覽許多學術文獻後,他們預測,還存在另一個較小型的膨脹,用膨脹的體積淡化了基本粒子的數目且塑成現今暗物質的密度。
「要曉得,我們得用新的方法了解這神奇的宇宙,然而新的理論不用太複雜。如果確有第二次的膨脹,大強子對撞機(Large Hadron Collider)及相對論重離子對撞機(RelativisticHeavy Ion Collider)即可以量化分析它了,剩下只是時間來證明其正確與否了。」
詳細請看:
Journal Reference: Hooman Davoudiasl, Dan Hooper, and Samuel D. McDermott. Inflatable dark matter. Phys. Rev. Lett., 2016 [link]
DOE/Brookhaven National Laboratory. (2016, January 14). New theory of secondary inflation expands options for avoiding an excess of dark matter: Physicists suggest a smaller secondary inflationary period in the moments after the Big Bang could account for the abundance of the mysterious matter. ScienceDaily. Retrieved January 20, 2016 from

Credit: Brookhaven National Laboratory