再论暗物质、暗能量、引力波-中微子及力的统一问题——从宇宙微波背景辐射B模偏振之发现的物理学意义谈起

进一步探讨暗物质、暗能量、引力波-中微子及力的统一问题,结果认为:(1)以宇宙大部分星系合并成的重力真空星的类似局部暴涨解释了宇宙加速膨胀的可能是暗能量的高比例之源;证明哈佛—史密森天体物理学中心等BICEP2望远镜发现的宇宙微波背景辐射的B模式偏振信号,可能是宇宙暴涨与上述的类似局部暴涨的引力波叠加作用的结果。(2)英国《自然》杂志发表的76个"黑洞"探测所发现的强大的磁场,客观上较强有力地支持作者提出的"黑洞"(暗星)的夸克星模型:由1/3基本电荷的正负夸克以类似于金刚石的正四面体"空间点阵"组成。质能守恒定律提示1/3基本电荷的夸克可能是空心结构。(3)进一步支持"黑洞"(暗星-夸克星)作为暗物质的候选者的可行性。     

伽马射线暴

正伽马射线暴(简称伽马暴)是起源于大质量恒星坍缩(长伽马暴)或者致密双星并合(短伽马暴)等短时标极端剧烈的高能灾变天体,是宇宙大爆炸之后最猛烈的爆发现象,也是宇宙宏观速度最快的天体。伽马暴本身辐射及其余辉辐射来自新生黑洞或者磁星所驱动的极端相对论喷流,并且理论上预期其还伴随强引力波、高能中微子和高能宇宙线辐射。因此,伽马暴是研究黑洞     

“大爆炸宇宙学”批评

大爆炸宇宙创生理论是以天文学家Hubble的观测为基础的,他声称已发现那些遥远的天体正远离我们而去。此即Hubble氏的宇宙扩张理论。但该理论的证据并不充分,是主观想像。宇宙爆炸理论的另一重要证据是微波背景辐射的测量数据,但它并不表示微波背景辐射温度数据一定是一次爆炸后的结果。把它看成一次原初大爆炸的余烬是勉强的。按照宇宙的定义,人们无法谈论“宇宙寿命”,只可能谈论诸如“地球的寿命”、“太阳系的寿命”和“星系的寿命”。因此我们反对不靠谱的大爆炸宇宙学,因该理论体系漏洞百出,在科学上和在哲学上均不能成立。
　　虽然宇宙中看来充满难于解释的力,暗物质和暗能量仍然只是两个假设。另一个假说是存在引力波,但也只是估计,实际情况可能不同。在Newton理论中引力速度是无限大,但在Einstein理论中引力传播速度和引力波波速都是光速c。广义相对论( GR)认为引力与电磁力不同,是弯曲时空的纯几何效应。但现在应思索某些不同的引力模型,例如把引力重新当作平直时空中的自然界的力的传播,从而又研究得出引力速度大于2×1010 c( c是真空中光速)。虽然超光速的引力传播违反Einstein的狭义相对论( SR),却符合Lorentz的相对性理论( LR)。
　　在美国,一个宇宙学家团队在2014年3月的一次新闻发布会上宣布,他们探测到了宇宙大爆炸之后最初瞬间所产生的引力波,从而导致宇宙的起源再次成为重大新闻。根据BICEP2南极望远镜团队的信息,其结果被誉为大爆炸暴涨理论及其后续理论(多元宇宙)的证明。该成果问鼎Nobel奖也在预测之中。 BICEP2团队在其宇宙微波背景辐射极化图像中,确定了一个扭曲( B模式)图案,绪论是检测到原始的引力波。但在后来数月中,由来自Prin-ceton大学和也在Princeton高等研究所的科学家们进行了认真的重新分析,其结论是BICEP2的B模式模型给出的大部分或全部最显著效应没有来自引力波的任何贡献。这种突然逆转应该让科学界认真考虑未来的宇宙学实验和理论。 BICEP2事件也揭示了一个关于暴涨理论的真相;很清楚,暴涨范式是根本无法检验的,并因此在科学上是毫无意义的。     

大型全可动射电望远镜关键技术研究专辑·编者按

<正>射电天文学诞生的近一百年来在天文领域取得了诸多载入科学史册的成就,突出代表是现代天文学"四大发现"——类星体、脉冲星、星际分子、宇宙微波背景辐射. 21世纪,暗物质、暗能量、黑洞、宇宙起源、天体起源、生命起源等前沿研究方面仍存在着亟待解决的重大科学问题.天文学已经进入全电磁波观测时代.随着引力波观测窗口的打开,射电天文在引力波探测、引力波天体物理等方面扮演着至关重要的角色,国内外对建设大型射电天文望远镜充满期待.为了展示并总结我国110 m口径全向可动射电望远镜(QTT)的最新成果,我们特别组织"大型全可动射电望远     

轮椅上的宇宙——霍金的学术贡献及影响

 梳理了霍金的科学贡献及其对相关领域的影响。以时间为序回顾了霍金在经典引力、黑洞热力学及量子宇宙学等领域的巨大科学贡献，并介绍了这些学术工作对引力的全息性质、引力波物理等方面的启发和影响。当然这些包括霍金最为重要的工作，即1974年关于黑洞辐射和黑洞热力学的研究。这一工作影响深远，为人类理解宇宙尤其是引力的本质打开了一扇明亮的窗口。     

世界六大科学悬案

一、外星人除地球外,别的星球是否有生命存在?二、黑洞天体1984年初,美国与加拿大的科学家确证银河系的大麦哲伦星系中有一个“黑洞”,质量为太阳的8-12倍,但还需要找出直接证据。三、引力辐射探测 1916年爱因斯坦从理论上证明,引力是一种波动过程,称为引力波。     

引力波探测检验广义相对论

自2015年9月14日人类第一次探测到引力波以来,引力波探测的进展非常迅速.到目前为止LIGO已确认双黑洞并合引力波探测结果5例,分别为GW150914,GW151226,GW170608,GW170104和GW170814.以及确认的双中子星并合引力波探测结果1例,GW170817.另外还有疑似双黑洞并合引力波探测结果1例LVT151012.受引力波探测的驱动,关于引力波的物理学和天文学研究自2016年以来的发展也异常迅速.引力波的成功探测定性地支持了广义相对论.但引力波探测作为涉及强引力场、强动态时空区域的实验,它还可以定量地检验广义相对论,甚至有可能发现广义相对论的适用范围,指引超越广义相对论引力理论的发展.本文将针对如何利用引力波探测检验广义相对论的问题,从引力波定性性质、引力波极化自由度、引力波传播速度以及引力波波形特征几个方面作一个较为全面的介绍.     

现代物理学中的黑洞

在茫茫宇宙中,存在着一些非常奇异的时空区域,象无底的“洞穴”,它能“吞食”任何物质,却不“吐出”任何东西。这些奇异的“洞穴”就是黄洞。黑洞是物理学中最令人难以理解的概念,它象独角怪物一样,似乎应该在幻想家的神话中出现,而不应该存在于宁静的宇宙中,然而,现代物理学的理论却预言了黑洞必然存在! (一)什么是黑洞什么叫黑洞、黑洞是怎样形成的呢? 宇宙中有许多星体,每个星体都有确定的大小和质量,星体周围分布着引力场,引力是自然界中广泛存在着的一种相互作用,爱因斯坦的《广义相对论》就是关于引力的理论。星体施于它周围物体的引力,总是力图把物体拉向星体,物体要克服引力的约束而飞到自由空间     

Schwarzschild-de Sitter时空的引力反常与霍金辐射

在Robinson和Wilczek工作的基础上,研究了Schwarzschild-de Sitter时空的引力反常.为了避免对时空整体对称性的破坏,必须消除引力反常,进而得到了黑洞两视界面(黑洞视界和宇宙视界)处都有霍金辐射.     

双致密星引力波源的形成

迄今为止,aLIGO/Virgo共探测到5次恒星级双黑洞并合和1次双中子星并合发出的引力波信号,宣布了引力波时代的全面到来.双白矮星的绕转和并合产生的引力波信号则是未来空间引力波探测器的主要探测目标.双星演化是这些双致密星形成的主要途径.本文从恒星演化出发,对这些双致密星引力波源的形成图像和面临的不确定性进行系统地介绍.这些不确定性主要来自大质量恒星星风、恒星后期演化、超新星爆发、双星演化的基本过程等.     

寻找宇宙“幽灵”

<正>广义相对论在揭开宇宙奥秘的同时,也引发了无数未解之谜,比如,宇宙"幽灵"暗物质、暗能量以及引力波等,无数科学家因此而踏上了寻找之路爱因斯坦的广义相对论诞生100年来,在揭开宇宙奥秘的同时,也引发了一些至今仍未解开的谜团,其中,暗物质和暗能量这两个宇宙"幽灵",被视为21世纪物理学研究的最重要问题之一。普通物质只占宇宙总质能的4.9%暗物质和暗能量是如何"现形"的?上海交通大学鸿文讲席教授、粒     

超高速星的搜寻与研究

超高速星是现在已知的银河系中速度最快的星体,它能够摆脱银河系的束缚.由于超高速星特殊的产生机制,使得它成为探索银河系银心内部超大质量黑洞的重要工具,近些年来人们陆续发现了许多颗超高速星以及候选体,这些发现将对研究银心内部超大质量黑洞、银河系引力势和银河系暗物质晕有重要意义.本文对超高速星的理论和观测的国内外研究情况进行了介绍.     

宇宙“暴涨”重大发现不排除出错

3个月前公布的一项＂诺贝尔奖级＂重大发现——宇宙＂暴涨＂证据也许存在问题。同一科研团队在20日发表的最新论文中承认,不能排除他们有关宇宙原初引力波的发现错了。美国哈佛-史密森天体物理学中心等机构的科学家在新一期《物理学评论通讯》上报告说,他们依然坚持最初的结论,即他们利用架设在南极的BICEP2望远镜,在宇宙大爆炸的＂余烬＂——微波背景辐射中,观测到一种叫做B模式的特殊偏振模式,这种偏振模式是长期寻找的原初引力波的“独特印记＂。     

关于天文前沿亮点的那些事儿

人类对宇宙的好奇是与生俱来的,对宇宙的思考研究可以说是自然科学和哲学的终极目标.毕竟宇宙的命运与人类的命运是密不可分的.如果你还保有童年的好奇心,对神秘的宇宙充满求知欲,如果你想了解现在宇宙研究的热点,对"黑洞""暗物质和暗能量""引力波""宇宙大爆炸"等名词一知半解,那么,张双南教授撰写的这本《极简天文课》,将会回答...     

数值相对论与引力波天文学

引力波直接探测已经被LIGO成功实现.在这个重大实验发现中,理论模型的重要作用得到充分体现.有效单体数值相对论模型不仅提升了既定硬件的灵敏度,把实验结果的置信度从4.6σ加强到5.1σ,而且还辨认出该引力波源是并合双黑洞.以这次实验结果所给出的双星并合事件率推断,地面引力波探测器接下来还会给出更多的引力波事件.这些引力波实验数据可以被用来进行天文学和基本物理学的研究.随着数据的积累和新脉冲星的加入,脉冲星计时计划的引力波探测精度也越来越高.空间引力波探测计划包括eLISA、太极和天琴等也在积极准备中.可以预期,引力波天文学将逐渐形成.在引力波天文学中,从信号读取到参数反演都离不开理论模型.不做任何解析近似的数值相对论是现实引力波源建模的通用工具.爱因斯坦方程的复杂数学结构和所需的庞大程序构架是数值相对论的两大困难.结合引力波天文学,本文对数值相对论的关键困难、发展历程、研究现状和在引力天文学中的应用等给出比较系统的描述.     

引力波对广义相对论的验证和负物质作为统一暗物质-暗能量的8种可能检验

首先,引力波对广义相对论进行了某些验证,并证实是非线性波.进而GW170817观测到在双中子星(BNS)并合产生引力波后1.7 s有γ-射线暴(GRB),这证明引力波和电磁波速度不同.在此计算了BNS的引力红移和光偏转,得到的延迟时间是0.179 2 s.其次,讨论负物质作为统一暗物质和暗能量的8种可能的检验,特别是季节效应.进而,引力波天文学将在负物质的检验中发挥重大作用.最后提出最完美的对称世界.     

周宁:LHC“重出江湖”探寻暗物质

 在宇宙的物质成分中,大约70%不是由已知的物质构成,而是存在大量不可见的物质,天文学家很早之前就获得了支持这一观点的证据。20世纪,天文学家对许多涡旋星系的旋转速度进行了精确测量,他们发现星系外围部分的旋转速度远远大于预期,似乎有强劲的引力拉扯着那些外围的恒星,其拉扯强度远远超过可见恒星施加引力的总合。因此天体物理学家认为最合理的解释是,这些星系中包含一些无法被常规手段探测到的物质,却可能对星系施加引力作用,天体物理学家称这种目前无法探测到的物质为"暗物质"。     

新型黑洞

在半个世纪以前,受到爱因斯坦相对论的影响,黑洞被想象成小得像一个奇点那么大。今天,黑洞作为宇宙的一个基本组成部分被天文学家接受。在黑洞“标准模式”里,它们被分成两类:恒星类和特大类。现在,经过科学家的努力工作,发现有新的类型:中等类。新的研究结果提供了有力的、虽然不是决定性的证据,证明这种黑洞确实存在。惟一的问题是,标准模式不能解释这种类型的黑洞。恒星类黑洞包括那些遍布大部分星系的普通黑洞。一个垂死的恒星在它自身的引力下会发生坍塌,体积变得非常小,而密度变得非常大,这     

首次绘制出宇宙暗物质分布图

借助哈勃太空望远镜和计算机模拟技术，美国一个研究小组首次绘制出两个星系簇中宇宙暗物质的分布。分布图支持了关于暗物质的理论假设。暗物质（包括暗能量）被认为是宇宙研究中最具挑战性的谜题，它代表了宇宙中90％以上的物质含量，而我们可见的世界只占宇宙物质的10％不到。暗物质无法直接观测，却能干扰星体发出的光波或引力等，其存在能被明显感受到。科学家曾对暗物质的特性提出了多种假设，但还没有得到足够的验证。     

寻找黑洞铃宕阶段的视界振荡模式信号

双黑洞系统附近的物质稀薄,因此其绕转合并铃宕(ringdown)的演化过程在传统的电磁波段上不可见,而引力波辐射携带了该过程的直接信息,使得引力波数据分析成为研究黑洞理论的有力工具.本研究的重点是对黑洞诞生的最后阶段铃宕的引力波波形分析,在新释放的高精度SXS (stimulating extreme spacetime)引力波数值波形中寻找理论预言将存在于铃宕阶段的视界振荡模式信号(horizon mode),该信号携带了新生黑洞的质量、自旋的信息,验证它的存在与否是限制黑洞模型的有效手段.选取覆盖不同自旋度的28个数值波形样本,采用引力波研究中行之有效且被广泛使用的最优波形模板匹配度法,构建包含由主导铃宕波谱的准正则模式(quasi-normal mode)与视界模式的模版,通过计算模版与数值波形间的最优匹配度,寻找视界模式存在于铃宕阶段的证据.综合所有样本结果,仅相较于n≥4阶的准正则模式,模板中视界模式的加入对匹配度有轻微的提高效果,Δ_(ρmax)≈10~(-6)～10~(-3).首次从波形分析的角度估算视界模式的强度上限,其强度不超过铃宕阶段总强度的1.81%.随后探究了模板中视界模式的添加对新生黑洞自旋度、质量估计的影响,并未见其对参数估计结果的提升效果.目前,对数值波形分析的结果并不能强有力地支持黑洞铃宕阶段存在视界模式信号的预言.