北京時間 9 月 7 日消息，暗物質(zhì)是一種能夠施加引力但卻不與光相互作用的神秘物質(zhì)。暗物質(zhì)可能由遍布宇宙的微小黑洞構(gòu)成。而根據(jù)一項新的理論，這些微小的黑洞可能由費米球 —— 或被稱為費米子的亞原子粒子的量子“袋”構(gòu)成。這些費米子在宇宙誕生初期就被擠壓在一起形成致密的球。
該理論或許可以解釋，為什么暗物質(zhì)會在宇宙中占主導(dǎo)地位。
在某些情況下，費米球非常密集，以至于費米子彼此之間十分靠近，從而導(dǎo)致費米球坍塌成為黑洞。研究人員設(shè)計了一個新的場景，來解釋暗物質(zhì)是如何主宰宇宙的。在宇宙誕生還不到一秒鐘的時間里，令人難以置信的轉(zhuǎn)變正在發(fā)生，在這個過程中，一種新的粒子被困住，坍縮到非常小的一個點，小到足以形成黑洞。接著，這些黑洞淹沒宇宙，為解釋暗物質(zhì)提供了依據(jù)。
原初黑洞案例
天文學(xué)家和物理學(xué)家無法解釋暗物質(zhì)。這種神秘物質(zhì)占到宇宙中每一個大型結(jié)構(gòu) —— 從星系到到宇宙網(wǎng)絡(luò)本身 —— 的 80%。
一種有趣的假說是暗物質(zhì)起源于黑洞。畢竟，黑洞和暗物質(zhì)類似，都不發(fā)光。作為一種不發(fā)光的致密物體，用黑洞去解釋暗物質(zhì)自有其道理。
但是，天文學(xué)家很久之前就已經(jīng)知道，正常的、恒星質(zhì)量的黑洞無法解釋宇宙中的暗物質(zhì)。那是因為，宇宙歷史中形成的恒星數(shù)量遠(yuǎn)不夠多，不足以產(chǎn)生足夠的黑洞去解釋已知的暗物質(zhì)。
然而，宇宙的最早時刻曾發(fā)生一些令人難以置信的物理現(xiàn)象。也許，當(dāng)時曾誕生數(shù)萬億個較小的黑洞。這些黑洞或許一直存續(xù)到今天，可以為我們解開暗物質(zhì)之謎。
但是，要解釋暗物質(zhì)，該理論必須能夠制造出足夠多的黑洞。
泡沫宇宙
研究人員在他們的模型中加入了一些成分。他們從一個非常年輕、極其熾熱的致密宇宙開始。這些極端條件可以讓在現(xiàn)今正常宇宙條件下不會發(fā)生的物理過程得以發(fā)生。
第一個成分稱為“標(biāo)量場”。標(biāo)量場是一種包含所有空間的量子力學(xué)實體。（眾所周知的賦予物質(zhì)質(zhì)量的希格斯場就是標(biāo)量場的例子之一。）隨著宇宙的膨脹和冷卻，標(biāo)量場經(jīng)歷了一個相變，從一種量子力學(xué)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N量子力學(xué)狀態(tài)。
在整個宇宙中，這種相變并不是一下子發(fā)生的。相反，轉(zhuǎn)變始于少數(shù)幾個點，然后開始蔓延 —— 就好比鍋里的水沸騰時，先是有少數(shù)氣泡，接著少數(shù)氣泡合并成更多更大的氣泡一樣。這個過程被稱為一級相變：水從‘液態(tài)’變?yōu)椤畾鈶B(tài)’，后者最初的存在形式為不斷變大的氣泡。
新的標(biāo)量場狀態(tài)，稱為“基態(tài)”，像翻滾的氣泡一樣從少數(shù)幾個點向外擴散。最終，氣泡完全合并，標(biāo)志著標(biāo)量場完成過渡。
如何制造費米球
但是，為了制造可以作為暗物質(zhì)種子的原初黑洞，還需要另一種成分。因此，他們在模型中又加入了一種新的費米子。費米子是構(gòu)成宇宙基石的一類粒子。例如，構(gòu)成你身體內(nèi)原子的電子、質(zhì)子和中子都是費米子。
在早期宇宙中，這些費米子在標(biāo)量場內(nèi)自由移動。但是根據(jù)設(shè)計的配方，隨著相變的進(jìn)行，這些費米子將無法穿過宇宙新基態(tài)的泡沫小泡泡。
當(dāng)泡沫小泡泡越變越大之后，費米子被擠進(jìn)剩下的空間口袋內(nèi)，成為費米球。這個時候，事情就變得無比混亂起來。
這是因為費米子之間存在一種額外的力，叫做“湯川耦合”。這種額外的力產(chǎn)生于同一個標(biāo)量場。正常情況下，費米子不喜歡被擠成一小團(tuán)，但標(biāo)量場增加了一種吸引力，可以壓倒費米子之間的自然排斥。
例如，質(zhì)子和中子由更小的粒子“夸克”組成。夸克也是費米子，通常彼此之間互相排斥，但有一股額外的力量 —— 強力 —— 把夸克黏在一起。模型中這股強力可以建模成一種湯川耦合，在早期宇宙物理現(xiàn)象中發(fā)揮作用。
根據(jù)新的理論，一旦湯川耦合吸引力占上風(fēng)，小費米球就完蛋了。在瞬息萬變的宇宙中，壓縮在小口袋內(nèi)的費米子團(tuán)塊悲劇性地坍塌，形成數(shù)量巨大的黑洞。在相變結(jié)束時，這些黑洞幸存了下來，進(jìn)而變成充斥整個宇宙的暗物質(zhì)。
這個假設(shè)雖然激進(jìn)，但當(dāng)談到宇宙早期的物理學(xué)時，以及圍繞暗物質(zhì)的奧秘時，我們的確需要一些大膽的假設(shè)。大膽的假設(shè)，再佐以謹(jǐn)慎的觀察，我們才能取得進(jìn)展。
廣告聲明：文內(nèi)含有的對外跳轉(zhuǎn)鏈接（包括不限于超鏈接、二維碼、口令等形式），用于傳遞更多信息，節(jié)省甄選時間，結(jié)果僅供參考，IT之家所有文章均包含本聲明。