暗生命居住在冷星上?幽灵文明可能与我们近在咫尺
2018-11-09 18:19:04

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俄国科学家近日在PRL发文,认为暗物质不仅仅是单个粒子,而可能是一个完整的粒子族,可能构成完整的生态系统,即存在暗物质组成的暗生命。

有一种神秘的暗黑力量存在于我们的宇宙中。我们几乎可以肯定这种力量的存在,但我们却看不到它,也不知道它的本质究竟是什么。这种力量控制着宇宙的命运,也许整个太阳系都是由这种力量构成。最近,有人提出它或许有属于自己的冷星(cold stars),上面居住着暗物质生命(shadow life)。

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▲ 《星球大战》西斯黑暗尊主达斯·维德(Darth Vader),一位受“黑暗面”(dark side)影响的绝地武士。事实证明,我们的宇宙可能也有“黑暗面”。图片来源:《星球大战》

暗物质

几十年来,物理学家都与这种暗物质(dark matter)和暗能量(dark energy)纠缠在一起。

一旦遭遇暗物质,目前人类已知的绝大多数物理定律会瞬间失效。 我们熟知万有引力,但仅仅了解万有引力和现有的宇宙是远不能解释暗物质存在原因的。

事实证明这种物质难以捉摸。之所以叫它“暗物质”,是因为我们根本不了解它。根据ΛCDM模型,由普朗克卫星探测的数据得到:整个宇宙的构成中,常规物质占4.9%,而暗物质则占26.8%,还有68.3%是暗能量。暗物质的存在可以解决大爆炸理论中的不自洽性,对结构形成也非常关键。

目前,世界上最复杂、最昂贵的实验,也只不过是让那些神秘的暗物质变得更加迷人。即使是大型强子对撞机也还没有找到任何可能解释暗物质粒子的证据。

另外,暗物质还需要一定的数学边界条件加以约束。除此以外我们便一无所知了。暗物质目前还处于推测的阶段。

近日,一个俄罗斯物理学家团体在最新一期的科学期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters)上发文,对这一错综复杂的领域提出了新见解。

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▲ 暗物质恒星并非黑洞,但会异常寒冷并与众不同。它可能属于另一个宇宙。图片来源:Interstellar / Paramount

绝对零度

基于人类目前的认知,通常认为暗物质可能聚集在一起。这种观点很有意义。暗物质和我们常规的物质不同,似乎也不与常规物质发生相互作用。它是一片和我们的世界交织在一起的暗黑宇宙。

但是,埋藏在星系周围气体和尘埃阴影中的可能是寒冷、不可见的玻色子星。这是一种假想天体,仅由具有质量的玻色子(如负责传递弱核力的基本粒子W和Z玻色子)构成。俄罗斯科学院核研究所物理学家Dmitry Levkov表示:“在这项研究中,我们模拟了光的量子气体运动和暗物质粒子的引力相互作用。” 其旨在了解暗物质玻色-爱因斯坦凝聚态(Bose-Einstein condensate)的形成机制。玻色–爱因斯坦凝聚是玻色子原子在冷却到接近绝对零度所呈现出的一种气态的、超流性的物质状态。研究人员的思路是:当温度刚好高于绝对零度时,量子态粒子会失去混合与摆动的能量,生成均匀的暗物质“泥浆”。单个量子粒子变得均匀。由这些。单个量子粒子变得均匀。由这些。

研究人员从粒子间引力相互作用的稳定状态开始进行最大限度混合,这与玻色-爱因斯坦凝聚正好相反。

Levkov解释道:“经过很长一段时间,实际穿过模拟体积所需的时间是真实粒子通过时间的十万倍,粒子会自发凝结,在引力作用下即刻形成一颗球形液滴,这就是一颗玻色子星的产生机制。”

Levkov博士和他的同事认为,玻色-爱因斯坦凝聚体可能在矮星系的晕圈中心形成,其形成的时间跨度比宇宙的寿命短。如果这个观点正确,玻色子星目前可能存在。“下一步显然是预测宇宙中玻色子星的数量,并在具有轻暗质量的模型中计算它们的质量。”Levkov说。

我们知道暗物质一定在某个地方。人们已经详细描绘了原因不明的引力异常区域。我们知道暗物质倾向聚集在星系周围。所以这显然是搜索的起始点。

研究人员称,玻色子星可能是射电天文学家探测到的神秘快速射电暴(FRB)的幕后真凶。目前这些信号没有发现已知来源。但在暗星理论下,暗物质可以与电磁场发生极弱的相互作用进而衰变成辐射光子,形成高速射电暴。

科学家表示,这是一种非常弱的效应。但在玻色子星内部,衰变可能会像在激光中一样被共振放大,并可能导致巨大的无线电爆发。

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▲ 美国科幻电视剧《巴比伦五号》(Babylon 5)的黑暗主角影族(Shadows)是与我们当今宇宙有点不同步的外星生物。图片来源:《巴比伦五号》

暗生命

在众多关于暗物质本质的假设中,有一种假设认为,暗物质可能是一个完整的粒子家族,而并非单独一种粒子。每一种暗粒子最终都会在一个完整的暗生态系统中扮演一个角色。一个暗物质宇宙拥有自己神秘的化学物质,它们与我们宇宙中的化学物质一样具有多样性。

理论物理学家Lisa Randall写道:“假如所有暗物质只由一种粒子组成,那会很奇怪。一个没有偏见的科学家不应该认为暗物质不像常规物质那么有趣,也不应该认为暗物质缺乏与我们现有事物相似的多样性。”

这种极端观点,正是Randall反对的。Randall表示:“一种不可见的文明可能与你近在咫尺。”并且,如果暗物质恒星可以形成,也许暗物质行星也可以。暗物质生命顺理成章也会出现。她写道,但也不要对这种潜在的暗生命太过兴奋。

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▲ 暗物质恒星对人类已知的物理学来说太过陌生,我们几乎不会研究它。图片来源:Disney /The Black Hole

“问题在于摄像师在拍摄暗物质生物时会遇到麻烦,因为这种生物是不可见的。即使暗物质生物在某个地方(也许它们已经存在),我们也不会知道。你根本不知道暗物质的生命是多么可爱,而且很大程度上说你几乎永远也不会知道了。”Randall打趣道。

然而,至于暗物质自身,我们也没有证据证明它一定存在。所有的一切只是一个想法罢了。 并且由于暗物质本身是黑暗不可见的,找到暗物质存在证据的几率实在是太小了。

暗物质或暗物质生物可能非常接近,但如果暗物质的净质量不是很大,我们便无从知晓了。”Randall写道。

“即使使用最新技术或我们目前可以想象的任何技术,我们能够测试到暗物质存在的可能性也微乎其微。暗物质生命听起来就像想象中那样令人兴奋。它不一定会产生我们会注意到的任何后果。这种模糊感让暗物质生命成为了一种诱人的可能性,而且观察暗物质并不会对它产生影响。事实上,探索暗物质生命是一项非常艰巨的任务。”



编辑:张鹏
责任编辑:姜澎

来源:环球科学ScientificAmerican


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