Irgendwo in China, 2.400 Meter unter der Erde, warten die Menschen auf einen Moment, und das Ergebnis könnte die Wahrnehmung untergraben

„Unser Tag ist die Nacht der anderen Hälfte. Unser Sternenhimmel ist völlig anders als das, was sie sehen. Wir haben unterschiedliche Zeiten, aber wir leben auf demselben Planeten.“ Der obige Abschnitt beschreibt die unterschiedlichen Weltanschauungen der Menschen auf der Nord- und Südhalbkugel. (Im Bild unten ist beispielsweise die linke Seite der Sternenhimmel des Nordpols und die rechte Seite der Sternenhimmel des Südpols.)

Der Himmel, den wir an den Polen sehen, ist völlig anders

Heute werden wir über dunkle Materie sprechen. Lassen Sie uns zunächst eine Annahme treffen: Glauben Sie, dass dunkle Materie eine andere Welt darstellt, die sich völlig von unserer unterscheidet? (Willkommen zur Diskussion)

Kapteyn

Kapteyns Stern ist ein roter Unterzwergstern; Es handelt sich um den dem Sonnensystem am nächsten gelegenen Halostern (ein Stern, der sich nicht in den Spiralarmen der Milchstraße, sondern im galaktischen Halo befindet). Seine scheinbare Helligkeit liegt bei etwa 9 und er kann durch ein Fernglas oder Teleskop gesehen werden.

Der Durchmesser von Kapteyns Stern beträgt nur 30 % des Sonnendurchmessers, er ist jedoch 1,2 % so hell wie die Sonne. Kapteyns Stern könnte einst Teil des Kugelsternhaufens Omega Centauri gewesen sein, selbst eine Zwerggalaxie, die in ferner Vergangenheit wahrscheinlich von der Milchstraße verdrängt wurde.

Dieser Stern ist nach dem niederländischen Astronomen Jacobs Kapteyn benannt. Dieser Stern ist etwas ganz Besonderes. Er bewegt sich mit hoher Geschwindigkeit im galaktischen Halo entgegen der Rotationsrichtung der Milchstraße, mit einer sehr hohen Bewegung von mehr als 8 Bogensekunden pro Jahr. Es wurde berechnet, dass Kapteyns Stern eine Bewegungsgeschwindigkeit von 490 Kilometern pro Sekunde haben könnte. Dies war zu dieser Zeit der sich am schnellsten bewegende Stern. (Unser Sonnensystem bewegt sich in der Milchstraße etwa 19,2 Millionen Kilometer pro Tag.)

Gerade aufgrund seiner Forschungen über bewegte Sterne schlug Kapteyn im Jahr 1922 vor, dass man durch die Bewegung von Sternsystemen indirekt auf die mögliche Existenz unsichtbarer Materie um Sterne schließen könne. Dies ist das erste Mal, dass der Begriff unsichtbare Materie (Dunkle Materie) in der astronomischen Gemeinschaft auftaucht.

Jacobs Kapteyn

Wie kann man die Existenz dunkler Materie beweisen?

Im Jahr 1932 untersuchte der Astronom Jan Oort die Bewegung von Sternen in der Nähe des Sonnensystems, um die Existenz dunkler Materie zu untersuchen. Es gibt jedoch noch keine abschließende Schlussfolgerung hinsichtlich der Existenz dunkler Materie.

Im Jahr 1933 verwendete der Astrophysiker Fritz Zwicky die spektrale Rotverschiebung, um die Geschwindigkeit jeder Galaxie im Coma-Haufen relativ zum Haufen zu messen. Anschließend stellte er mithilfe des Virialsatzes fest, dass die Geschwindigkeitsdispersion der Galaxien im Haufen zu hoch war. Die durch die Masse der sichtbaren Galaxien im Haufen erzeugte Gravitationskraft allein reichte nicht aus, um sie an den Haufen zu binden. Daher müsste es in dem Haufen eine große Menge Dunkler Materie geben, deren Masse mindestens hundertmal so groß ist wie die der sichtbaren Galaxien.

Galaxienhaufen

Ein Galaxienhaufen ist eine selbstgeordnete Ansammlung vieler Galaxien ähnlich der Milchstraße in einem großen Raum. Sie beeinflussen sich gegenseitig durch ihre Schwerkraft, aber es gibt eine unsichtbare Substanz, die sie zusammenhält.

Jungfrau-Sternhaufen

Im Jahr 1959 untersuchten FD Kahn und L. Woltjer die Relativbewegung zwischen der Andromedagalaxie und der Milchstraße, die sich gegenseitig anziehen. Aus der Annäherungsgeschwindigkeit und der Entfernung schlossen sie, dass die dunkle Materie in unserem Milchstraßenhaufen etwa zehnmal massereicher sein müsste als sichtbare Materie. Unsere Milchstraße und die Andromedagalaxie ziehen sich gegenseitig an und werden voraussichtlich in 3,8 Milliarden Jahren kollidieren.

Ein weiterer wichtiger Beweis für die Existenz dunkler Materie stammt aus der Untersuchung der Rotationsgeschwindigkeiten von Sternen in der Andromeda-Galaxie durch Vera Rubin und Kent Ford im Jahr 1970. Mithilfe hochpräziser Spektralmesstechnik konnten sie den Zusammenhang zwischen der Geschwindigkeit und der Entfernung äußerer Sterne ermitteln, die die Galaxie weit entfernt vom galaktischen Kernbereich umkreisen.

Gemäß Newtons Gravitationsgesetz nimmt die Geschwindigkeit der Sterne am äußeren Rand einer Galaxie mit der Entfernung ab, wenn sich die Masse einer Galaxie hauptsächlich auf die sichtbaren Sterne im Kern der Galaxie konzentriert. Beobachtungen zeigen jedoch, dass die Geschwindigkeit von Sternen in den Außenbezirken von Galaxien über einen ziemlich großen Bereich konstant ist. Dies bedeutet, dass in der Galaxie möglicherweise eine große Menge unsichtbarer Materie vorhanden ist, die nicht nur im Kernbereich der Galaxie verteilt ist, sondern deren Masse weitaus größer ist als die Gesamtmasse der leuchtkräftigen Sterne.

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Die Geschwindigkeit der äußeren Sterne ist konstant

Die Galaxienrotationskurve beschreibt die Beziehung zwischen der Umlaufgeschwindigkeit sichtbarer Objekte in einer Spiralgalaxie und ihrer Entfernung vom galaktischen Zentrum. Basierend auf Beobachtungen der Massenverteilung sichtbarer Himmelskörper in Spiralgalaxien und Berechnungen auf Grundlage des Gesetzes der universellen Gravitation sollte die Geschwindigkeit, mit der sich Himmelskörper in der Nähe der Peripherie um das Zentrum der Galaxie drehen, geringer sein als die Geschwindigkeit in der Nähe des Zentrums. Messungen der Rotationskurven einer großen Zahl von Spiralgalaxien haben jedoch gezeigt, dass die Geschwindigkeiten der äußeren Objekte nahezu denen der inneren Objekte entsprechen und damit deutlich höher sind als erwartet. Dies deutet auf die Existenz massiver, unsichtbarer Materie in diesen Galaxien hin.

Was ist dunkle Materie?

In dem berühmten Science-Fiction-Roman „Die drei Sonnen“ verlassen sich die Außerirdischen der Drei-Körper-Gruppierung auf die von ihnen geschaffenen intelligenten Teilchen, um menschliche Teilchenbeschleuniger zu stören, wodurch die Entwicklung der menschlichen Quantenphysik vollständig blockiert und die menschliche Technologie „eingesperrt“ wird. Auch die Dunkle Materie ist eine Realität, die Teilchenphysikern Angst macht.

Die Existenz dunkler Materie ist allgemein anerkannt, doch die Menschheit weiß fast nichts über ihre Eigenschaften. Die derzeit bekannten Eigenschaften der Dunklen Materie umfassen nur einige wenige Aspekte:

(1) Dunkle Materie nimmt an Gravitationswechselwirkungen teil und sollte daher eine Masse haben. Die Masse eines einzelnen Dunkle-Materie-Teilchens kann jedoch nicht bestimmt werden.

(2) Dunkle Materie sollte sehr stabil sein. Da es Hinweise auf dunkle Materie in verschiedenen Stadien der Entstehung kosmischer Strukturen gibt, sollte dunkle Materie auf einer Zeitskala des Alters des Universums (zehn Milliarden Jahre) stabil sein.

(3) Dunkle Materie nimmt grundsätzlich nicht an elektromagnetischen Wechselwirkungen teil. Die Wechselwirkung zwischen Dunkler Materie und Photonen muss sehr schwach sein, sodass Dunkle Materie grundsätzlich kein Licht aussendet. Dunkle Materie nimmt grundsätzlich auch nicht an starken Wechselwirkungen teil, da sonst der Prozess der primordialen Nukleosynthese gestört wird, sich die Häufigkeit leichter Elemente ändert und es zu Inkonsistenzen mit aktuellen Beobachtungen kommt.

(4) Computersimulationen der Entstehung großräumiger Strukturen im Universum zeigen, dass die Geschwindigkeit der Dunklen Materie deutlich geringer sein dürfte als die Lichtgeschwindigkeit, also „kalte Dunkle Materie“. Andernfalls wäre unser Universum nicht in der Lage, unter dem Einfluss der Schwerkraft die beobachteten großräumigen Strukturen auszubilden.

Kombination dieser grundlegenden Eigenschaften. Daraus lässt sich schließen, dass die Elementarteilchen (oder Elementarmaterie), aus denen die Dunkle Materie besteht, nicht zu den uns bekannten Elementarteilchen gehören. Dies stellt eine subversive Herausforderung für das Standardmodell der Teilchenphysik dar, das derzeit das Hauptgebiet der Grundlagenphysik darstellt.

Obwohl viele astronomische Beobachtungen zur Dunklen Materie durchgeführt wurden, ist ihre Zusammensetzung noch immer nicht vollständig verstanden. Frühe Theorien zur Dunklen Materie konzentrierten sich auf einige verborgene konventionelle Materieobjekte wie Schwarze Löcher, Neutronensterne, alternde Weiße Zwerge, Braune Zwerge usw. Diese Sterne werden im Allgemeinen als massereiche kompakte Objekte klassifiziert.

Allerdings ist es bei astronomischen Beobachtungen im Laufe der Jahre nicht gelungen, eine ausreichende Anzahl dieser massiven, kompakten Objekte zu finden. Es wird allgemein angenommen, dass schwer nachweisbare baryonische Materie (wie etwa massereiche kompakte Objekte und einige Gase) einen Teil des Dunkle-Materie-Effekts ausmacht. Es gibt jedoch Hinweise darauf, dass diese Art von Materie nur einen kleinen Teil davon ausmacht. Der Rest wird als „nicht-baryonische dunkle Materie“ bezeichnet.

Darüber hinaus deuten Beobachtungsdaten wie Rotationsgeschwindigkeitskurven von Galaxien, Gravitationslinsen, kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung und Licht-Masse-Verhältnis darauf hin, dass 85 bis 90 % der Masse im Universum nicht an elektromagnetischen Wechselwirkungen beteiligt sind. Es wird allgemein angenommen, dass diese Art „nicht-baryonischer Dunkler Materie“ aus einem oder mehreren Elementarteilchen besteht, die sich von herkömmlicher Materie unterscheiden (Elektronen, Protonen, Neutronen, Neutrinos usw.). Untersuchungen haben ergeben, dass nachweisbare Materie nur etwa 4,6 % der Gesamtmasse und -energie des Universums ausmacht, nicht nachweisbare dunkle Materie 23 % und die verbleibende dunkle Energie 72 %.

Nachweis dunkler Materie

Denn dunkle Materie ist ein Teilchen mit einer ganz eigenen „Persönlichkeit“ im Universum. Es hat eine große Masse, aber seine Kraft ist sehr schwach. Es interagiert kaum mit den Atomen oder Elektronen der uns bekannten Materie. „Es mag sein, dass jeden Tag Billionen von Dunkle-Materie-Partikeln durch Ihren Körper hindurchgehen, aber Sie können es nicht spüren, weil der Streuquerschnitt der Dunklen Materie sehr klein ist.“ Um ein Beispiel zu geben: Ein Fußball kann durch ein Netz blockiert werden, ein kleiner Eisenball kann jedoch durch das Netz hindurchgehen, weil sein Querschnitt kleiner ist als die Maschen des Netzes.

Um unsichtbare und immaterielle dunkle Materie zu untersuchen, hat China das erste extrem tief gelegene unterirdische Labor eingerichtet – das „China Jinping Underground Laboratory“. In der Jinping-Bucht des Yalong-Flusses im Autonomen Bezirk Liangshan der Yi in der Provinz Sichuan, unterhalb des Wasserkraftwerks Jinping, wird derzeit die zweite Phase des Projekts „China Jinping Underground Laboratory“ stetig vorangetrieben. Es liegt 2.400 Meter unter der Felsdecke und ist das tiefste und größte Ultratiefen-Untergrundlabor der Welt.

Das Labor nutzt einen unterirdischen Tunnel, der beim Bau eines örtlichen Wasserkraftwerks angelegt wurde. An seiner Seite wurde ein 40 Meter langer, 6 Meter breiter und 6 Meter hoher Raum ausgehoben. Daher ist es im Vergleich zu einigen unterirdischen Laboren im Ausland, die aus Minen „entstanden“ sind, bequemer zu verwenden, da der Tunnel 2.500 Meter tief ist, denn je tiefer er liegt, desto geringer sind die Störungen durch kosmische Strahlung. Der kosmische Strahlungsfluss im Jinping Underground Laboratory kann auf ein Zehnmillionstel bis ein Hundertmillionstel des Bodenniveaus reduziert werden, was es zum unterirdischen Labor mit dem niedrigsten kosmischen Strahlungsfluss der Welt macht.

Die Fahrt vom Boden zum unterirdischen Labor dauert etwa 20 Minuten. Sobald das Instrument stabil läuft, muss er nur noch den Betrieb des Detektors im Büro am Boden überwachen, und alle Daten aus dem unterirdischen Labor werden zum Boden übertragen. Daher müssen wissenschaftliche Forscher den Detektor nicht rund um die Uhr „bewachen“.

Das wichtigste Gerät zum Nachweis dunkler Materie ist der hochreine Germaniumdetektor. Die Reinheit muss 12–13 (99,999999999999999 %) erreichen.

Das Prinzip besteht darin, darauf zu warten, dass Dunkle-Materie-Partikel mit Germaniumatomen kollidieren und Rauschsignale aussenden, die vom Detektor erfasst werden.

Weltweit gibt es Dutzende ähnlicher unterirdischer Dunkle-Materie-Labore, doch bislang konnte keine Spur von Dunkler Materie gefunden werden.

Seelenfolter

Tatsächlich macht es mich ziemlich traurig, das zu schreiben. Ein Gedanke kreist mir durch den Kopf: Warum ist die „reale Welt“, die wir täglich sehen und berühren können, im Universum nur eine Minderheit? (Weniger als 5 %) Könnte es sein, dass unsere Welt eine Existenz ist, die im realen Universum nicht sichtbar ist?

Wenn man die Ansichten der Alten zum Konzept von Yin und Yang kombiniert, glauben Sie, dass wir auf der Yang- oder der Yin-Seite stehen?

Das erinnert mich an Lao Tzu, der vor 2.500 Jahren im Tao Te King schrieb:

Kapitel 14 des Tao Te King: Was nicht gesehen werden kann, heißt Yi, was nicht gehört werden kann, heißt Xi und was nicht berührt werden kann, heißt Wei. Diese drei können nicht hinterfragt werden, deshalb werden sie zu einem vermischt. Es ist weder oben hell noch unten dunkel; es ist so fein, dass es nicht benannt werden kann und ins Nichts zurückkehrt. Dies nennt man die Form der Nicht-Form, das Bild von Nichts. Dies nennt man trüb. Wenn Sie ihm begegnen, können Sie seinen Kopf nicht sehen. wenn Sie ihm folgen, können Sie seinen Schwanz nicht sehen. Halten Sie sich an die alten Methoden, um die Gegenwart zu kontrollieren und die alten Anfänge zu erkennen. Dies nennt man Tao.

Übersetzung: Wir können es nicht sehen, also nennen wir es „Yi“; wir können es nicht hören, also nennen wir es „Xi“; wir können es nicht berühren, also nennen wir es „Wei“. Die Formen dieser drei können nicht nachgezeichnet werden; sie sind ursprünglich eins. Oben erscheint es weder hell und klar, noch erscheint es unten dunkel und düster. Es ist endlos und doch namenlos, und alle Bewegungen kehren in einen formlosen Zustand zurück. Dies ist die Form ohne Form, das Bild des Objekts ist unsichtbar, dies ist „Huohuang“. Wenn Sie davor stehen, können Sie die Vorderseite nicht sehen. wenn Sie ihm folgen, können Sie seine Rückseite nicht sehen. Erfassen Sie das bereits existierende „Tao“, um die konkreten Dinge zu kontrollieren, die in der Realität existieren. Die Fähigkeit, den Ursprung des Universums zu erkennen und zu verstehen, nennt man das Verstehen der Gesetze des „Tao“.

Sieht dieses sogenannte Tao nicht der „dunklen Materie und dunklen Energie“ sehr ähnlich, nach der wir gesucht haben?

Ist unsere Welt die „Welt der Lebenden“, wie wir sie verstehen, oder die „Welt der Toten“ in einer anderen Welt?

Eröffnungsfrage: Glauben Sie, dass es in der dunklen Materie eine andere Welt gibt, die sich völlig von unserer unterscheidet?

Meine Antwort: Yin und Yang können einander nicht spüren, aber sie sind in einem Universum integriert. Vielleicht haben auch die Lebewesen in der Welt der „dunklen Materie“ Schwierigkeiten, unsere 5 % Existenz zu erforschen.