香港腕表价格交流群

来自西院的疯狂实验:暗物质哪去了?

2020-10-23 10:07:00

滑动查看更多内容哟


我是一个物理实验爱好者。这种爱好近乎成了一种疯狂。从想到一个实验的具体实验过程到着手进行实验,我的内心莫名的兴奋,直到完成实验并写出实验报告,我的内心无比愉悦和满足。虽然这种满足与愉悦与此实验及报告有多少读者无关。正因如此,平时我的大脑总会出现与物理实验相关的一些思想。


“暗物质(Dark Matter)是一种因存在现有理论无法解释的现象而假想出的物质,比电子和光子还要小的物质,不带电荷,不与电子发生干扰,能够穿越电磁波和引力场,是宇宙的重要组成部分。暗物质的密度非常小,但是数量庞大,因此它的总质量很大,它们代表了宇宙中26%的物质含量,其中人类可见的只占宇宙总物质量的5%不到(约4.9%)。暗物质无法直接观测得到,但它能干扰星体发出的光波或引力,其存在能被明显地感受到。暗物质存在的最早证据来源于对矮椭球星系旋转速度的观测。现代天文学通过引力透镜、宇宙中大尺度结构形成、天文观测和膨胀宇宙论研究表明:宇宙的密度可能由约68.3%的暗能量,4.9%的重子物质,26.8%暗物质组成”。


如果暗物质真的存在,那一定会有许多令人感觉其存在的事实的。对一般人来说,这似乎是非常遥远的一件事。然而性格使然,我一直在想着这个问题。



教学楼里门卫室旁边有一根消防用粗输水管,由于时间已久,管子和地面缝接不是很好,所以那里会聚积一些因为打扫而留下的水而变得比其它地方潮湿。所以路过那里经常会听到蛐蛐在叫,那声音清脆而持久。


新学期开始了,大学物理实验课即将行课。老师们要做好一切准备,以便后面的实验更方便和顺利,所以我要开始校验那些高精度的天平。突发奇想,何不把那只蛐蛐抓来秤量一下它的质量呢?一来作为对精密秤衡设备的准备;二来了解一下它的质量有多少克。9月4日早上,我颇费了些周折,把那只蛐蛐从那个小洞里抓了出来,装在一个已经空了的饮料瓶子里,旋紧瓶盖拿到了精密秤衡实验室。


我打开电子分析天平,预热了半个小时后,将装有蛐蛐并旋紧瓶盖的饮料瓶子放进了天平的秤量室,关好玻璃门,开始秤量它的总质量。我当时想的是,先秤总质量,然后再把蛐蛐放出来秤量瓶子的质量,二者相减即为蛐蛐的质量。


接下来的一切,却变得不可收拾。实验一直持续了四天,蛐蛐和瓶子的总质量数整理后如下表


此后的数据固定在23.8278克,再没有改变。从表中不难看出,瓶子与蛐蛐的总质量一直在减少,而当它死亡后,质量仍然在减少,直到最后减少为23.8278克后再不改变。


瓶子是密封的。质量哪儿去了?


敢情是天平内部的电子线路部分出现了问题,才在刚开始的时候有了质量数的下掉吗?


我又将一个标称值为25克的砝码用纸包着放进了天平的秤量室。数字显示不变,一直是同一个数。砝码在里边呆了整整一个上午,于是我否定了前面的想法。然后又把那个装有蛐蛐的瓶子放进秤量室里秤量,结果也还是23.8278克。看来天平是没有问题的。


瓶子虽然是密封的,但是它是透光的。所以,在蛐蛐有生命的这一段时间内,也许它发出的不为人听到的声音或振动已经穿过瓶子壁而辐射到了外边,所以质量数一直在减少。而如果让蛐蛐呆在一个“绝热系统”中,那是不是就不会有这种情况发生呢?


我找来一只开有一个小洞的鸡蛋壳,将里边和外边都漆成深黑色。又抓来一只蛐蛐,将它放在里面。然后在外边包了两层柔软的纸巾,然后将这个整体放在了一个白色的小盒子里,装在了一个口子比较大的塑料小桶里,拧紧桶盖密封成了一个近似的绝热装置。当把它放入天平再次秤量时,数据显示,质量数仍然在下掉,直到第四天上午10点不再改变。


这足以让我相信,蛐蛐在整个死亡过程中,有一小部分转变成了没有重力作用的物质,而且这部分物质也不会与其它实物相作用,否则就不会有质量的改变了。


是不是只有蛐蛐儿才这样呢?9月10日一大早,我又买来一只小金鱼,仍然是装在一个密闭的直筒瓶子里,再次进行了秤量,直到9月16日金鱼死亡。由于延续时间长,因此我选择了其中一些记录数据在此。


从数据中可以看出,金鱼在死亡的过程中也存在着质量数减少的情况。


此后我又找了七星瓢虫、蝴蝶、老鼠、10几只蚂蚁,分别做了同样的实验。实验证明,任何一个动物在死亡过程中,都会“质量减少”,而且质量减少量占活体时(实验前秤的质量)的百分比对不同的动物不同。


我是一个无神论者,也就是说,不存在灵魂质量的问题。那减少的质量到哪儿去了呢?敢情是在这些动物死亡的过程中,有一部分转化成了暗物质?……似乎不敢再想下去了。


如果是这样,那就意味着人们用实验的方法去捕捉暗物质粒子是错误的一种做法。因为暗物质是不会与实物的仪器捕捉器相互作用的,当然也就不存在被捕捉到的可能啦!想来真的可怕,锦屏实验室的指导思想难道错了?我发自内心责备自己,怎么能去怀疑这样一个国家级的装备呢?



是不是只有动物的死亡才会有这种情况,那植物呢?是不是植物的死亡也会有伴随着这种情况的产生呢?于时我又将五棵已经长好的豆芽连同扎根的土一起装在了上面那个可以旋紧盖子的桶里,再次放进电子分析天平秤量。


从数据中不难看出,对于豆芽来说,在它死亡的过程中,也存在着质量减少的现象。而后来我又把西昌最常见的植物麦冬、三角梅、以及蘑菇也进行了相同的测量,结果发现,同样在它们死亡的过程中,存在着质量的减少。


需要说明的是,在测量植物死亡的过程中,由于时间经历太长,只有一天记录几次,而得出的数据间隔是较长的。


我不得不再次重申,假设在这个过程中有一部分转换成了暗物质,那我完全可以得出这样一个结论:一切生物在其死亡的过程中,总会有一部分转化成暗物质。


如果生物的死亡伴随着暗物质的产生,那生物的诞生又是如何的呢?基于生豆芽的过程容易操作,所以我准备来测量豆芽在诞生的过程中的质量。


我在一个能旋紧盖子的小透明桶中铺了一层有营养的细土,然后将六粒黄豆放在上面,然后,在它们的上面又铺上一层这种土,旋紧盖子进行了测量。测量数据整理如下:   表格中只列出了长出豆芽的过程中的质量数,而当从桶外边看到已经长出豆芽后,数据又开始掉落,情况如同前面测量死亡过程一样。此时,我不得不再次想到,可能在豆芽诞生的过程中,存在着暗物质向明物质的转化。于是,我自然地想到,必须用动物来做一次同样的实验。


用什么样的动物做这个实验呢?思来想去,我想到了可控的孵小鸡的过程。于是,我从学生家里讨要来三枚可孵小鸡的鸡蛋(因为有可能一次不能成功,所以准备了三枚),然后将鸡蛋用柔软的纸巾包裹,放在一个可旋紧盖子的小塑料桶里,采用光照加热的方法,开始孵小鸡。在22天的不断秤量、不断翻动中,记录下数据并整理如下:   从表中可以看出,在将鸡蛋用温水激活并开始孵化的时候,总质量一直在增加。而后来又在不断地减少,如同其他那些死亡过程一样。于是,我又一次“狂妄”地提出我的观点:


一切生物在其诞生和死亡的过程中,总伴随着暗物质和明物质之间的转化。当生物诞生时,总有暗物质转化为明物质;当生物死亡时,总有明物质转化为暗物质。


显然我应该对我的“暗物质”给出一个定义才行,否则我后面的论述或前面的说明都显得不够严谨了。


我心中的“暗物质”,初步定义为:它是一种与实物质不会有相互作用的物质。而且它也不会与重力场或电磁场作用,只有暗物质之间才会产生相互作用。当生物在诞生和死亡时,会有相应的暗物质和明物质之间的相互的转化。


我们总是以一个具体的数——实数,来表示一个物体的质量,而并不管这个物体具体是什么。既然我们能用一个正实数来表示一个物体的质量,那又为什么不能用一个复数来表示一个生物的质量呢?因为生物毕竟不同于一般的物体。这正是我要做的事。这有点儿疯狂!可能我是在为自已看到的现象想找一个数学上的说法的原因吧。对于一个生物,它的质量应该表示为复数:


上式中,M代表生物的质量,m代表组成这个生物的明物质量,而ω代表组成这个生物的暗物质量部分。


而如果要把它表示在复数坐标轴中,那它应该是这样的:


从数学的角度来看,一个生物的质量应该是一个复数,而当这个复数“消亡”后,那它表示的质量数显然也不再是这个坐标系中的p点,而变成了m点。而在它生存期间,我们所秤得它的质量不单单是实数轴上的数,而是这个复数的模。显然,这样就用数学的方法解释了生物死亡和诞生时的质量改变问题了。


我真的说不清楚,为什么在接下来的日子里,我突然感觉水这种由两种元素构成的物质是一种特殊物质。或者说,我突然觉得水与暗物质能够相互作用。正因为有这样的直觉,所以我便开始了相应的证据收集。


我找来了几只“长相”完全相同的铃铛,将系铃铛的一端用锯子锯掉并打磨平滑,并且在打磨的过程中,不断地在分析天平上秤它们的质量,以保证它们质量相近,为后面的实验做准备。


2017年1月15日,是我们放假的第四天,我在普通物理实验室呆了整整一天,进行了实验。我先将已经准备好的五只铃铛里面分别装了适当的水、锯屑、土、沙子、水果皮,然后分别边秤边密封(为的是保证最后有相同的质量),密封使用的是透明胶带,而且透明胶带的长度都是2.15厘米长,这样做的目的是为了让几个铃铛的质量都一样,同时又能知道里面所装的物质种类。实验装置是这样的:在自由落体实验仪上固定两个光电门,然后将已经封闭且装了不同物质的铃铛分别从同一高度点通过电磁装置控制落下。测得通过两个光电门所用的时间。数据记录如下:   看着这些数字,让我不能平静。因为同样的外型、同样的质量,也就意味着同样的阻力作用,却在通过两个光电门之间的时间上,装水的要比装入其他材料的铃铛下落时间要长。在其他条件都相同的情况下,我只能认作是暗物质对水这种特殊的物质有作用。否则,我如何理解它?


为了更进一步对这个问题作相应的研究,我又做了另一个实验。我把那个装有水的铃铛里面换成了蒸馏水,另一个里面装铁屑。为了保证两个质量完全相同,我先将装蒸馏水的铃铛封好,然后秤出其质量。以它为标准,在另一个铃铛里装了一定量的铁屑。然后做成了两个摆线相同长的摆,当让它们在同一环境中从同一高度同时开始释放并摆动后,观察其摆动哪个最先停止下来。经过40多次的实验观察,证明装水的摆首先停止,而装有铁屑的摆要比装水的摆的摆动时间长。


这又一次证明了,环境中存在着对水产生作用而对其他物质不产生作用的非空气物质。思来想去,只有暗物质,即暗物质和水之间会产生作用。


如果真的如此,那我相信做一根较长的牛顿管,里面如果有一滴水(采用薄膜包裹)的话,水滴的下落一定比其他的物质,诸如羽毛呀、硬币呀等下落得更慢些;如果真的如此,那我相信,我们飞机上水箱的位置应处于飞机的中轴线上,而不只是考虑其自身质量平衡分布就可以了的;如果真的如此,寻找暗物质应该在一个被水包围的空间内寻找更靠谱,而不是在一个用厚厚的土石包裹着的环境中去寻找。


综上所述,一切生物在生与死的过程中,伴随着暗物质与明物质的转换;我们表征一个生物的质量应该用复数,而不是用实数;水是一种特殊的物质,它与暗物质之间有相互作用。



最后,我特别感谢李益君和易红君,在完成实验的过程中,由于我住的地方离实验室比较远,是他们帮我在晚上静静地呆在空旷的实验室里观察和记录实验数据。

文/四川省西昌学院理学院 李德地

制作/刘碟

微信:xichangcollege

微博:西昌学院学生记者

制作/西昌学院学生记者

投稿邮箱:1192932495@qq.com

西昌学院官方网站 http://www.xcc.sc.cn

友情链接

Copyright © 2023 All Rights Reserved 版权所有 香港腕表价格交流群