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    暗物质是由大爆炸的微型黑洞组成?

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      爱因斯坦

      暗物质是宇宙中神秘的“额外质量”,它不会发出光,诸多特性一无所知,有可能是由宇宙大爆炸产生的原始黑洞构成吗?这些迷微型黑洞可以感谢希格斯玻色子的诞生——至少根据一种新理论。3月23日发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)杂志上的这一理论认为,这些原始黑洞是由在大强子对撞机(LHC)中发现的神秘的“上帝”粒子——希格斯玻色子(Higgs boson)产生的。

      暗物质是由大爆炸的微型黑洞组成?

      暗物质是什么?没有人真正知道,但一种可能性是由大爆炸的微型黑洞组成。图片:Shutterstock

      瑞士日内瓦大学的物理学家Antonio Riotto说:理论上所有暗物质的解释都是基于原始黑洞的形式。然而并不是每个人都信服,一些物理学家说,这些原始黑洞不太可能解释宇宙中所有的暗物质。希格斯玻色子是在所谓的希格斯场中产生,它在宇宙中弥漫并给粒子质量。当希格斯玻色子被发现时,发现它比质子重约126倍,比许多物理学家预期的要轻。在做了一些计算之后,物理学家意识到这一质量意味着希格斯场可能不会处于最稳定的状态。

      更重要的是希格斯粒子的质量意味着在宇宙早期膨胀过程中,当物质在大爆炸后立即向外扩散时,不稳定的希格斯场就经历了量子涨落,在这一领域的不同区域存在着不同密度的物质。根据这项新研究,这些波动使得小块空间的密度如此之高,以至于坍缩成一个黑洞。这些小型微型黑洞质量大约为22万亿磅(10万亿公斤),或者是珠穆朗玛峰的质量。这个理论在很多层面上都有吸引力:暗物质不发射可探测的光,也不“黑”。而原始黑洞如果存在的话,可能是物理证据,证明希格斯场不是处于最低能量,而是处于准稳定状态。新理论也可以解释暗物质,而不需要任何超越标准模型的新物理学,它描述了微小亚原子粒子的行为。

      然而如果这些原始黑洞确实存在,物理学家将如何找到它们?今天看起来会像140亿年前出生时的样子吗?随着时间的推移,黑洞会吸引和吞噬越来越多的质量。但可能还有另一种力在起作用,那就是从黑洞中吸出大量的物质:霍金辐射。霍金推测由于量子效应,黑洞会释放粒子和能量。随着时间的推移,霍金辐射可能会使它们完全蒸发,它们越小消失得越快。这些排放是如此的安静和微弱,以至于从未被发现过,尽管大多数科学家相信它们存在。在140亿年的时间里,随着时间的推移,在获取更多的质量和在霍金辐射中失去它,今天的原始黑洞的残余可能是微小的,也可能是巨大的。

      有争议的想法

      今天存在的黑洞能够构成宇宙中所有暗物质的观点是相对有争议。物理学家排除了质量较低的黑洞,因为没有足够多黑洞来解释宇宙中所有额外的质量。然而物理学家并没有排除中等大小的黑洞。例如在2016年2月,激光干涉引力波天文台(LIGO)宣布发现了两个合并的黑洞,它们的质量是太阳的29倍和36倍。在那个质量范围内的原始黑洞并没有被排除,使得一些研究者充满希望。

      但是一些物理学家怀疑这些天体是否能解释宇宙中大部分的暗物质。加州大学河滨分校(University of California Riverside)的黑洞物理学家西米恩·伯德(Simeon Bird)在接受《Live Science?采访时表示:根据我们今天所了解的情况,原始黑洞不太可能是所有暗物质,但它们不可能有百分之一到百分之十的原因,要证明这一点,最简单的方法就是探测原始黑洞。目前正在智利建造的大型天气观测望远镜,将是寻找这些古老黑洞的理想之选。约翰霍普金斯大学(Johns Hopkins University)的理论物理学家马克卡米恩科夫斯基(Marc Kamionkowski)也同样谨慎,他曾撰写过论文,以保护黑洞为暗物质。

      对黑洞构成暗物质这一想法的信心在过去的一年里受到了动摇。因为LIGO还没有找到足够的黑洞合并的签名来证明这一理论的正确性,但我仍然觉得这个设想很有趣”这篇论文提供了一个早期宇宙机制来产生黑洞,因此非常有趣。原始黑洞仍然是假设的,直到我们发现了质量低于太阳质量的黑洞,而希格斯场对这些研究人员所提出的创造的解释,在没有它们的情况下是无法证明。并不是每个人都相信,就像这些研究人员所做的那样,原始黑洞和暗物质可能是相同的。但是Kamionkowski在2017年告诉《科学》杂志:这是一个疯狂的想法,但任何关于暗物质的想法都是一个疯狂的想法。

      博科园-科学科普|文:Meredith Fore/Live Science

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