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研究提出在新维度空间内寻找暗物质

宇宙天体与另外空间概念图。

不与光线互动、在宇宙全部物质中占比高达85%,暗物质理论提出30年来至今科学家仍然不知道它究竟是什么物质——所以把它称为“暗物质”。最近一个新理论提出,暗物质可能存在于另外一维度隐藏的神秘空间内,为科学家寻找暗物质提供一条新的思路。

加利福尼亚大学河滨分校(University of California, Riverside)的科学家提出,暗物质可能存在于人们熟悉的三维空间之外、另一维度的空间内,它们的行为和三维空间内任何粒子的行为都不一样,并通过一种名为暗力量(dark force)的作用力发生互动。两个暗物质粒子不论是相吸还是相斥,都是由于暗力量的作用。暗力量就像一种粒子的连续体。

主要研究者之一物理学天文学助理教授塔内多(Flip Tanedo)说:“我们的理论在暗力量框架上有了进一步的发展。我们提出,在这个世界的三维空间之外,有一个只有暗力量才能触及到的第四维空间。这能解释为什么我们在实验室内尝试找它总是找不到。”

塔内多解释说,这个理论听起来像是新事物,但其实只是数学上变换的手法描述基于普通三维空间的共形场论(conformal field theory)而已。这个理论系列有着复杂的数学内涵,但是由于没有涉及传统粒子,因此没人把它和自然界的物质联系起来。其实,介于三维空间内的共形场论和额外空间论之间的理论,就是全息原理(holographic principle)。

“因为共形场论既难懂又古怪,没人把它们用于暗物质,”塔内多说,“我们换了个说法,把它叫做全息额外空间论(holographic extra-dimensional theory)。”

全息额外空间论的关键特点在于“连续体”的概念,用一种由无限数量、质量各不相同的粒子组成的连续体,来描述暗物质之间的作用力,也就是上面提到的“暗力量”。作为概念对比,普通作用力是由单一一种、有着固定质量的粒子来描述。

塔内多说,这种连续体暗力量的理论很有趣,这种理论下粒子间的作用力有很多不一样的地方。“对于引力或电磁力来说,当两个粒子间的距离翻倍的时候,作用力剩下四分之一,而连续体作用力将减至八分之一。”

没有参与撰写这份研究的同事物理学副教授余海波(Hai-Bo Yu,音译)提出一个暗物质自我互动的理论。他认为,既然暗物质不与任何普通物质互动,那么暗物质可能是一种只是自我互动的物质。他的理论能够解释在很多球状矮星系上观测到的暗物质的效果。

塔内多的研究组借鉴了这个想法,融合到他们的连续体力量模型中,成功再现了一些恒星的运动模式。“我们的模型更进一步,比暗物质自我互动模型更容易地解释宇宙暗物质的来源。”

这份研究6月1日发表于《高能物理杂志》(Journal of High Energy Physics)。◇#

责任编辑: 夏雨荷   来源:大纪元记者笛睿编译报导 转载请注明作者、出处並保持完整。

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