科学家发现太阳系外存在类似北极光的极光现象/图

2013-01-23 15:25:13　来源：搜狐科学　 　

　　木星北极上空出现的极光。

　　据国外媒体报道，来自英国莱彻斯特大学（University of Leicester）的行星科学家们近日发现新证据表明，在地球所处的太阳系之外，也有类似地球北极光的极光现象出现。


　　资料显示，太阳系中已发生过多次极光现象，而最明亮的一次来自木星，比地球上的极光要亮100倍。据了解，这项由莱彻斯特大学乔纳森-尼克尔斯（Jonathan Nichols）牵头的新研究表明，这次他们发现的极光进程，同此前木星极光的能量惊人相似，足以导致太阳系以外众多天体发出射电辐射。此外，该射电辐射十分强大，因其在其他星系中也能探测到，这就意味着通过极光，便可最有效地观察到太阳系之外的新天体。


　　其实，当天体中磁气圈的带电微粒与该天体大气层上层中的原子碰撞时，便会有发光现象。然而，在撞击大气层前，这些微粒也会向太空中发出无线电波。目前，这一研究结果已被刊登在期刊《天体物理学》上，并说明极光现象并不只是太阳系特有的。


　　尼克尔斯博士称：“这些结果强烈表明，极光现象在太阳系之外也会发生，极光所发出的射电辐射也足够强大，比木星明亮十万倍，在其他星系中都可被发现。”


　　此外，射电辐射也是关键信息，有助于科学家们了解行星昼长、磁场能量、行星与其母体恒星的相互作用，甚至能确认该行星是否存在自己的卫星。（尚力）

地球每隔数年或穿过看不见的宇宙暗物质墙(图)

2013-01-24 08:50:35　     来源：腾讯网　

　　据国外媒体报道，物理学家认为在宇宙大爆炸后不久，空间中充斥着各种场形成的“力”，由此发现存在于现代宇宙中的地球时常穿过巨大的“暗物质墙”，我们已经具备了相关探测工具来发现该现象。通过对宇宙中天体质量集群的观测，研究人员确认了宇宙中大约有86%的不可看见的暗物质，但是它们可以产生引力效应与普通物质发生相互作用。转播到腾讯微博

　　暗物质可通过引力影响周围的星际物质，科学家计算发现星系周围应该存在看不见的物质群

　　其中最流行的理论认为暗物质是由大质量弱相互作用粒子（WIMP）组成，而这种粒子不通过电磁力、强核力与普通物质发生相互作用，只通过弱核力或者引力与我们可见的宇宙物质发生作用，由此我们可以探测到大质量弱相互作用粒子的存在。但是，科学家多年来对该粒子寻找都没有结果。根据加拿大维多利亚大学研究人员马克西姆·波斯佩洛夫介绍：“到目前为止寻找暗物质粒子的工作没有任何结果，我感觉是时候扩大搜索范围了。”波斯佩洛夫和他的同事们一直在研究一种理论，认为宇宙中至少有部分暗物质与磁畴壁(domain walls)结构存在关联，磁畴壁被认为是磁畴之间的边界层，类似于分布密集的泡沫之间的边界。

　　科学家们之所以形成这个观点是鉴于早期宇宙中充斥着各种奇特的（力）场，随着宇宙的不断膨胀，温度也逐渐下降，各种力（场）也随之消失了，由此在当代宇宙中留下了残缺不全的磁域界，并拥有独特的力（场）性质。研究人员波斯佩洛夫认为不同（力）场能够维持相互紧挨的状态，就需要在磁畴壁间存储一定的能量，由于质量和能量可以互换，由此从宇宙大尺度上看，各种（力）场的磁畴壁结构就如同质量群，即暗物质。

　　假如磁畴壁是紧密相连的，彼此之间的“间隔”足够致密，那么当磁域界的跨度达到地球和太阳之间距离的数百倍时，地球就会每隔数年穿过磁域界一次，如同一堵看不见的“暗物质墙壁”。波斯佩洛夫认为我们人类是感觉不出地球穿过磁域界壁垒时所发生的任何变化。虽然我们不会感觉到该过程所发生的变化，但是磁力计却可以，该仪器可以探测到磁场所发生的变化。波斯佩洛夫和他的同事在一项新的研究中提到，虽然磁域界内部的（力）场环境无法对磁力计产生影响，但是通过磁力计，我们可以探测到地球在穿过磁域界壁垒时所发生的磁场变化。

　　到目前为止，“暗物质墙壁”仍然未被探测到，因为没有人可以使用一个单一的磁力计在背景噪音干扰下得出相关读数。当然，我们永远不能说这是由于地球穿过了一个怪异的磁场，或者其他电磁因素导致了磁力计无法正常读数。为了寻找“暗物质墙壁”，科学家认为需要在全世界范围内安放至少5个探测器，到目前为止，波兰和美国的加利福利亚州已经建设了磁力计探测装置，这些仪器具有相当的灵敏度，可以探测到到地球穿过磁域界壁垒时所发生的磁场变化。

　　但是磁畴壁假说无法完全解释宇宙中的所有暗物质，似乎却可以解析为什么寻找暗物质粒子是一项艰巨的挑战。如果我们发现了磁域界壁垒，那么这一消息似乎可以安慰一下仍然在等待大质量弱相互作用粒子发现结果的物理学家们。在本月早些时候，一个工作小组在俄罗斯建设了暗物质粒子探测器，通过大于24小时的连续运行，科学家称并没有发现任何暗物质粒子的迹象。

　　根据哈佛-史密森尼天体物理学中心的科学家道格拉斯·芬克拜纳介绍，我们也不能确信暗物质墙是一定存在的，目前科学家们保持着乐观的心态对待大质量弱相互作用粒子，即便这个潜在的暗物质粒子被证明是错误的，也不会引起太大的波澜。芬克拜纳认为研究人员已经通过多种途径来寻找大质量弱相互作用粒子，但还没有任何结果，这不禁要问：是否我们的探索道路是完全错误的死胡同呢？

科学家发现动态暗能量线索 引发宇宙加速膨胀/图

2013-01-23 09:20:59　       来源：搜狐科学　

　　“Λ-CDM”是宇宙学的标准模型，其中宇宙学常数恒为-1，但天文学观测表明，宇宙学常数或是随时间而变化的。


　　【搜狐科学消息】据国外媒体报道，西班牙瓦伦西亚理工大学物理系的博士生Irene Sendra和2011年诺贝尔物理奖得主Adam Riess合作，建立了试图统一暗物质和暗能量的宇宙学模型。他们解释说：“在新模型中，暗物质和暗能量是同一种事物在不同情况下的表现，最新观测数据也非常支持我们的模型。”

　　天文学观测表明，宇宙中包含5%的普通物质、22%的暗物质和73%的暗能量。其中暗物质和暗能量分别通过对普通物质产生的引力作用和推动宇宙做加速膨胀而表明它们的存在。如果暗能量不存在，那么物质间的万有引力作用就会减慢宇宙的膨胀，但是天文观测表明我们的宇宙在做加速膨胀运动。

　　科学家为了解释暗能量构建了很多物理模型，其中最被广泛接受的是“Λ-CDM”模型，该模型通过宇宙学常数(cosmological constant）来解释加速膨胀的宇宙，并认为在宇宙的整个演化过程中，宇宙学常数始终没变，其值为-1。

　　然而，这个模型并不能完全解释所观测到的现象，科学家发现暗能量是动态而随时间变化的。他们通过观测不断修正该模型，期望能找到描述暗能量的更好的宇宙学模型。

　　科学家表示，根据目前掌握的观测数据，暗能量状态方程的参数确实比较接近常数-1，但是有迹象表明该参数在过去曾经是不同的取值，然而在确定这个值方面还有很大的不确定性。（编译：双螺旋）

时间与物质的争论：一个原子的“康普顿”钟

2013-01-22 10:16:56　        来源：科技日报　 　

　　最简单、最基本的时钟是什么？答案是一个原子。最近，加利福尼亚大学伯克利分校的物理学家证明，用一个原子的高频物质波足以测量时间。反过来，用高频物质波也可确定该物质是什么。这一研究也是对量子力学中波粒二象性的最基本证明。

　　一个原子的“康普顿”钟
　　自然界的物质都有波粒二象性，加利福尼亚大学伯克利分校副教授霍尔格·穆勒和同事利用这种物质特性，开发出一种最基本的测量时间的新方法：通过计算物质波的振动来判断时间。“基于此我们可以说，一块石头就是一座时钟。”穆勒说。他们的论文发表在1月11日的《科学》杂志上，详细论述了怎样用一个铯原子的物质波来判断时间。

　　穆勒将这一时钟称为“康普顿钟”，因为它是基于物质波的“康普顿频率”。物质波频率也叫“德布罗意频率”。1924年，法国物理学家路易斯·德布罗意将爱因斯坦的质能转化方程（E=mc2）和厄恩斯特·普朗克提出的能量与频率有关的观点结合在一起，发表了他的博士论文，提出物质也可以被看作是一种波，由此而获得1929年的诺贝尔物理学奖。

　　物质波的频率可能根本就无法观察；即使能观察到，也可能因其振动太快而无法测量。“物质波的振动频率比可见光振动频率要高100亿倍。”穆勒说。

　　两年前，穆勒为了证明爱因斯坦的引力红移，即时间在引力场中会变慢，发明了一种原子干涉仪，能把原子作为各种波，以测量它们之间的干涉。

　　相对来说，时间对于运动着的物体会变慢，所以在著名的“双生子悖论”里，两人中飞向遥远恒星并返回的那个会比留下来的更年轻。同样，一个向外运动然后返回的铯原子也会比留在原地的铯原子更“年轻”，也就是说，运动的铯原子的物质波振动的次数更少。一个铯原子的振动频率约为每秒3×1025次，运动的铯原子的振动频率与之相比每秒钟少大约10万次，这是可以测量出来的。这在实际中，就能作为一个时钟来用了。

　　在新实验中，穆勒把原子干涉仪技术和另一种已知的技术结合，显示了怎样测出这种差异。他用激光照射铯原子，使其分别处于运动和固定状态，用原子干涉仪测量其物质波的相干性，由此就能测出振动频率的微小差异。

　　“我们的时钟能精确到10亿分之7以内，这就像把8年的时间按秒来测量，其精确度就像60年前造的第一个铯原子钟。”穆勒说。

　　和目前最精确的原子钟相比，穆勒的“康普顿钟”精确度要差1亿倍，但使用铝离子并进一步改良技术，能使康普顿钟的精确度提高到现在原子钟的水平。

　　时间与物质的争论
　　澳大利亚国立大学量子物理学家约翰·克鲁斯称这一成果为“优美的实验，灵巧的设计”。但他同时指出，这也可能带来一些争议，比如，“原子的康普顿频率能否称为时钟？霍尔格的观点很明确，它是一个钟。我也同意，因为它确实管用。”

　　穆勒则表示他欢迎争议，因为他的实验涉及到量子力学的基本概念——物质的波粒二象性。克鲁斯说：“我们所讨论的是一些根本性的观念问题，这也将使人们对量子物理学有更深入理解。”

　　穆勒说：“当我还很年轻时，读了许多科学书，就一直在思考时间为何会有微小的膨胀。从那时起，我就经常问自己，‘能测量时间的最简单事物是什么？能感知时间流逝的最简单系统是什么？’现在我们找到了这个问题的上限：一个物质粒子已足够。”

　　但问题是，时间究竟是什么？穆勒认为至今还没人能给出这一问题的最终答案。“我们已经知道了更多有关时间的性质，当存在一个物质粒子时，时间才是物理性的，但时间又不依赖于物质粒子而存在。我们知道，无质量的粒子如光子，并不能算是完整的物质粒子。”

　　“或许有一天，秒单位的定义会改为某种粒子的康普顿频率的振动次数。”穆勒说。国际度量衡大会正在考虑用更基本的单位替换“千克”标准，这一提议也提供了一种新思路。国际千克原器是一个铂—铱合金的圆柱体，原件密封在法国巴黎国际计量局的三层玻璃罩内，其复制件也只有少数国家才有。这种物质波技术也提供了一种新方法，让科学家们能造出自己的千克原器。

　　用物质测量时间，还牵涉到许多基于时间的标准，比如制造“阿伏加德罗球”的硅晶体的纯度。这种球内部所含原子个数是一定的，所以必须造得极其精确。“用我们的钟和目前最好的阿伏加德罗球，将使新的千克定义达到最优。”穆勒说，“知道了时钟的振动频率，就等于知道了粒子是什么物质，而知道了物质是什么原子，也就能知道更多的相关信息了。”

　　穆勒希望能把这一技术扩展到更小的粒子，比如电子或正电子，后者能造出反物质钟，直至有一天能用量子真空波动来判断时间。

谢谢文文报道最新发现，宇宙真是神奇！

美丽神奇的宇宙。