尽管黑洞似乎遥不可及,但一些物理学家认为,我们一直未能发现暗物质的原因可能是黑洞已经穿过了地球。常规黑洞由耗尽核燃料的恒星形成,它们的质量通常远大于太阳。如果一个比太阳还重的黑洞穿过地球,它的引力会扰乱整个太阳系,造成《三体》中光粒般的灾难性后果。如果黑洞没有被发现,那只能说明它在人类发现它之前就摧毁了我们。
原初黑洞
最近发表在《暗宇宙物理学》上的本文将注意力转向了另一种黑洞:原初黑洞。这些黑洞是在宇宙大爆炸时形成的,是由局部密度涨落引起的。原初黑洞的质量可能只有小行星那么大,但体在太空中寻找原初黑洞,还提出了在地球上寻找它们的痕迹。原初黑洞很有可能在宇宙中快速穿梭。如果一颗质量为 10²² 克的原初黑洞穿过地球,它可能会在刚性物体中留下直径约 0.1 微米的隧道。
这样的原初黑洞穿过人体的概率非常低。即使它确实穿越了人体,由于它的相对速度很高,造成的破坏反而会很小。这些隧道太小了,不会对人体产生任何影响。
但如果确实观测到了这样的细小隧道,就说明原初黑洞可能确实存在。研究人员计算发现,平均每 10 亿年,在 10 平方米的截面积上,会出现 0.000001 个这样的隧道。研究人员认为,对于寻找暗物质来说,这样的概率是可以接受的。
疯狂的想法,无奈的现状
无论是认为黑洞已经穿过了地球,还是认为这么低的概率可以接受,物理学家这样的疯狂想法都是暗物质逼出来的。在天文学家的眼中,暗物质是解释邻近星系旋转速度和整个宇宙演化过程不可或缺的一部分。我们无法通过电磁波观测到这种物质,但却几乎可以在所有地方观测到它的引力影响。
直到最近几年,物理学家一直将探索重点集中在大质量弱相互作用粒子(WIMP)上。这些是假想的粒子,与当前粒子物理标准模型基本兼容,可以自然地解释宇宙中的暗物质比例。物理学家设计了大量实验来寻找可能的 WIMP,比如中国的 PandaX 实验和意大利的 XENON 实验。这些实验都使用液氙来寻找暗物质。如果暗物质穿过了液氙,就有可能触发液氙闪光。科学家可以根据液氙闪光的次数和频率反过来推测暗物质与氙原子相互作用的概率,这在物理学上被称为碰撞截面,反映了暗物质与普通物质相互作用的强度。
尽管投入了大量的努力,但这些实验都没有发现 WIMP 的明确证据。这使得物理学家开始考虑其他暗物质候选者,包括原初黑洞。
结论
原初黑洞是暗物质的一个有希望的候选者。它们可以在宇宙中产生空心小行星,或在地球的古老岩石中留下笔直的细小隧道。物理学家可以利用这些现象来寻找原初黑洞。尽管寻找原初黑洞的概率很低,但物理学家仍然因为在暗物质的探索上别无选择而将希望寄托于此。
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