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走近“神秘黑箱” 盘点那些不见踪影的存在

2016年11月03日 08:20:19 科技日报     奥尔特云,马尾藻海,强核力

  人类终于发现了引力波,但这只是在长长的神秘名单中划去了其中一个。现实世界,还有很多事物我们确信其存在,但它们却如同躲在神秘的黑箱中,始终不见踪影。科学家相信,它们一定在某个地方,只是我们还没找到。

  近日,美国《大众科学》杂志称,美国天文学家,目前正在开发一个名为托尔特克(toltec)的超灵敏毫米波极化相机。相机将在电磁光谱中的3个不同频带上使用7000个检测器。在它完成后,世界上最大的单盘可操纵毫米波望远镜——直径约50米的大型毫米波望远镜(lmt)会与它“联手”,展开迄今为止最深远、最大规模的宇宙观测。不知道伴随望远镜的重磅升级,天文学家是否真的能“一眼看透”宇宙星际,发现一些我们虽然已经知道它的存在,但却并没有真正观测到的天体。

  就像人类终于发现了引力波一样,实际上这只是在长长的神秘名单中划去了其中的一个。现实世界,还有很多事物我们确信其存在,但它们却如同躲在神秘的黑箱中,始终不见踪影。

  隐藏在黑暗中的奥尔特云

  奥尔特云中的天体被认为是太阳系形成时遗留下来的物质。天文学教科书里这样描述奥尔特云:一个围绕太阳、主要由亿万块岩石和冰块组成的球状云团,是太阳系的外层边界。奥尔特云的最远边缘到太阳的距离,是地日距离的10万倍。不过,由于奥尔特云内的天体都太小了,而且几乎处于黑暗之中。所以,我们从来就没见过奥尔特云。

  寻找系外行星时所使用的一个技术——凌星(行星从恒星“脸”前掠过)时恒星亮度的变化,被认为可用来找到奥尔特云。2009年,天文学家发现,从理论上来讲,开普勒太空望远镜可以探测到奥尔特云中几十千米宽的天体——如果它们正好从某颗恒星“脸”前掠过的话。但在实践中,星光短暂地变暗常常会被认为是探测器的故障。而且,开普勒指向的是太阳系平面的上方,远离奥尔特云天体最为集中的地方。

  目前,唯一间接表明奥尔特云存在的证据是,那些“长周期”彗星偶尔的造访。因为奥尔特云远离太阳,容易受到临近恒星或整个银河系引力的扰动,致使其中的天体离开原有轨道,进入内太阳系,成为彗星。不断涌入内太阳系的新彗星,给了天文学家足够多的研究材料。因此,天文学家都很确信奥尔特云的存在,即使我们从未见过它。

  可能永远无法找到的胶球

  胶子是传递夸克之间强核力的粒子,能使夸克们粘在一起形成诸如质子或中子等强子。胶子还有一个奇怪的性质:因为它们也能感受到强核力,这意味着它们彼此也可以结合在一起。于是,理论物理学家提出了胶球概念——一种完全由一堆胶子构成的复合粒子。

  尽管许多理论物理学家坚信胶球必然存在,但实验人员却认为我们可能永远找不到它们。

  理论研究表明,能量达到1500兆电子伏特,或者相当于一个质子所含能量的一半时,就足以把一堆胶子粘在一起,形成一个胶球。1995年,瑞士苏黎世大学的理论物理学家提出,在欧洲核子研究中心发现的两个分别具有大约1370兆电子伏特和1500兆电子伏特的粒子,可能就是胶球。之后,他们还发现了第三个候选者,它具有的能量约为1710兆电子伏特。

  但强核力是出了名的难以计算。为简单起见,胶球的模拟计算往往是在一个只充满胶子的假想世界中进行的,但真实的世界并非如此。当你开始准备测量一个胶球时,夸克也会不可避免地迅速粘到胶球上,就像一些带刺草籽会粘到袜子上一样,因此你很难证明它曾经是一个纯粹由胶子构成的粒子。所以,上面那3个候选粒子很有可能是包含夸克的复合粒子,真正的胶球我们还是无法发现。

  谜一样的导航器官磁受体

  科学家很早就发现,许多不同种类的生物,如海龟、老鼠、龙虾、果蝇等,不仅能感知地球磁场,还能借此导航,但人们却找不到它们感知磁场的生物器官,即一种被称为磁受体的东西。

  2009年,美国神经科学家对鸽子大脑在磁场下的活动情况进行了成像。他们发现,随着磁场的变化,鸽子大脑内有53对神经元改变了激活方式。但是,它们从哪里得到磁场改变的信号呢?

  一个候选对象是隐花色素——一种在鸟类、鳟鱼等许多动物的眼睛中发现的蛋白质。这种蛋白质能感知磁场变化。研究人员还发现,用基因工程把果蝇产生隐花色素的基因去除后,果蝇就感知不到磁场变化了。但这一解释并不全面。首先,人类的眼睛中也有隐花色素,但我们却不能感知磁场。其次,没人知道磁场是如何向大脑传入信号的。

  2015年,来自北京大学的研究人员发现了一个对磁场敏感的蛋白质(mayr),而且它还具有控制肌肉细胞和神经元的能力。难道这才是动物利用磁场找到回家之路的秘密吗?许多科学家对此表示怀疑。总之,动物如何利用磁场导航,目前仍是一个谜。


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