新的暗物质地图证实了爱因斯坦的宇宙理论

新的暗物质地图证实了爱因斯坦的宇宙理论一个由160多名天文学家组成的国际团队利用阿塔卡马宇宙学望远镜（ACT），对占宇宙全部质量约85%的无形暗物质进行了新的揭示。这项具有里程碑意义的研究证实了爱因斯坦关于引力和宇宙学的理论，再次确认了物理学标准模型的有效性。在ACT天文台于2022年底退役之前，研究人员通过再次观察宇宙微波背景（CMB）收集了足够的数据用于研究。CMB是一种弥漫性辐射，充满了整个可观测的宇宙，传统上被认为是宇宙的第一个电磁哀号，起源于宇宙只有38万年的时候。天文学家追踪了宇宙中大型结构的引力--包括暗物质--是如何在到达地球的140亿年里扭曲CMB辐射的，就像放大镜弯曲通过镜头的光线一样。根据这些观测结果制作的新的详细地图显示，宇宙的"块状"和膨胀率与基于爱因斯坦引力理论的宇宙学标准模型一致。剑桥大学宇宙学教授BlakeSherwin说，新地图为正在进行的辩论提供了新的见解，有人称之为"宇宙学的危机"。这里的"危机"源于最近通过使用星系中恒星发出的背景光而不是仅仅使用CMB化石辐射进行的测量。这些结果似乎表明，暗物质不够"结实"，无法将宇宙捆绑在一起，使得宇宙学的标准模型本质上是"破碎的"，或者至少是不完整的。相反，用ACT观测站制作的新地图与源于标准模型的预测"很一致"。目前，不再需要编造新的物理定律来"修复"我们关于自然界如何运作的知识。普林斯顿大学物理学教授、ACT主任苏珊娜-斯塔格斯（SuzanneStaggs）说，"CMB透镜数据在追踪外面的东西的总和的能力方面，可以与更传统的对星系可见光的调查相媲美。综合来看，CMB透镜和最好的光学测量正在阐明"宇宙中所有质量的演变"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1354667.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1354667.htm

最新研究挑战宇宙暗物质存在理论

最新研究挑战宇宙暗物质存在理论宇宙的膨胀速度受到两种相互竞争的力量的影响：一种是减缓膨胀速度的引力，另一种是加速膨胀速度的暗能量。这张图显示了宇宙历史上的膨胀率，较浅的曲线表示膨胀较快，较陡的曲线表示膨胀较慢。大约75亿年前，宇宙开始加速膨胀，膨胀率发生了明显的变化。宇宙学模型普遍认为，宇宙中约27%为暗物质，普通物质不足5%，其余则为暗能量。其中，暗物质指所有似乎与光或电磁场不相互作用的物质，或只能通过引力解释的物质。人们看不到它，也不知道它由什么组成，但它有助于科学家揭示星系、行星和恒星的行为。在最新研究中，加拿大渥太华大学物理学教授拉金德拉·古普塔结合共变耦合常数理论和疲光理论得出结论称，宇宙中可能没有暗物质。其中共变耦合常数理论描述了自然力如何随着时间的推移而减弱；疲光理论则阐释了光经过“长途旅行”会损失能量。古普塔表示，他提出的新理论已经接受了测试，并被证明与一些观测结果相匹配。基于此前关于宇宙年龄为267亿年的研究，古普塔提出宇宙不需要暗物质存在的说法。“在标准宇宙学中，宇宙的加速膨胀被认为是由暗能量引起的，但实际上是由于自然力在膨胀时减弱，而不是暗能量。”古普塔说。“红移”是指光向光谱的红色部分移动。研究人员分析了文献中关于低红移时星系分布和高红移时声学视界的角大小的最新论文中的数据。古普塔说，目前已有几篇论文质疑暗物质的存在。最新论文是第一篇指出宇宙组成不需要暗物质，同时也能与某些宇宙学关键观测结果相吻合的论文。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1424253.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1424253.htm

科学家提出搜寻暗物质的新方法

科学家提出搜寻暗物质的新方法自暗物质被发现以来，科学家们一直未能探测到它，即使几十年来在世界各地部署了多个超灵敏粒子探测器实验也无济于事。现在，美国能源部（DOE）SLAC国家加速器实验室的物理学家们提出了一种利用量子设备寻找暗物质的新方法。SLAC物理学家丽贝卡-利恩（RebeccaLeane）是这项新研究的作者之一，她认为大多数暗物质实验都在寻找银河系暗物质，这种暗物质会直接从太空发射到地球上，但另一种暗物质可能已经在地球周围徘徊了很多年。利恩说："暗物质进入地球后，会四处弹跳，最终被地球的引力场困住。随着时间的推移，这种热化暗物质的密度会比少数松散的星系粒子更高，这意味着它更有可能撞上探测器。不幸的是，热化暗物质的移动速度要比银河系暗物质慢得多，这意味着它传递的能量要比银河系暗物质少得多--传统探测器可能无法看到。"有鉴于此，利恩和SLAC博士后研究员阿尼尔班-达斯找到了SLAC的科学家诺亚-库林斯基，他是一个新实验室的负责人，主要研究用量子传感器探测暗物质。库林斯基说，科学家通常认为这是因为冷却系统不完善或环境中存在热源。但他说，可能还有其他原因："如果我们实际上有一个完美的冷系统，而我们无法有效冷却它的原因是它不断受到暗物质的轰击呢？"达斯、库林斯基和利恩想知道，超导量子设备是否可以重新设计为热化暗物质探测器。根据他们的计算，激活量子传感器所需的最小能量足够低，约为千分之一电子伏特，因此它可以探测到低能量的银河系暗物质以及悬浮在地球周围的热化暗物质粒子。当然，这并不意味着暗物质是量子设备失灵的罪魁祸首--只是说它是可能的，下一步就是要弄清楚他们能否以及如何将敏感的量子设备变成暗物质探测器。因此，有几件事需要考虑。首先，也许有更好的材料来制造这种装置。利恩说："我们一开始考虑的是铝，这只是因为铝可能是迄今为止用于探测器的特性最好的材料。但事实可能证明，对于我们正在研究的质量范围和我们想要使用的探测器类型，也许有更好的材料。"利恩说，还有一种可能性是，热化暗物质与量子设备的相互作用不会像银河系暗物质被怀疑与直接探测设备的相互作用那样。在这项研究中只是考虑了暗物质进入并直接弹开探测器的简单情况，但它还可以做很多其他事情。例如，其他粒子可能与暗物质相互作用，改变探测器中粒子的分布方式。"这就是在SLAC工作的好处之一。我们确实有相当多样化的小组在从事许多不同的科学研究，我觉得这个项目是SLAC研究的一个非常好的协同效应。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1429970.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1429970.htm

科学家用活性物质理论解码三维细胞和组织力学

科学家用活性物质理论解码三维细胞和组织力学开源超级计算机算法可预测活体材料的形态和动态，并能研究它们在空间和时间上的行为。生物材料由单个部件组成，包括将燃料转化为运动的微小电机。这就产生了运动模式，材料通过不断消耗能量，以连贯的流动塑造自身。这种持续驱动的材料被称为"活性物质"。细胞和组织的力学可以用活性物质理论来描述，该理论是理解生命物质的形状、流动和形态的科学框架。活性物质理论由许多具有挑战性的数学方程组成。德累斯顿马克斯-普朗克分子细胞生物学和遗传学研究所（MPI-CBG）、德累斯顿系统生物学中心（CSBD）和德累斯顿工业大学（TUDresden）的科学家们现已开发出一种算法，并在开源超级计算机代码中实施，首次可以在现实场景中求解活性物质理论方程。这些解决方案使我们离解开细胞和组织如何获得其形状这一世纪之谜以及设计人造生物机器又近了一大步。活性物质在类似分裂细胞几何形状中的三维模拟。资料来源：辛格等人，《流体物理学》（2023年）/MPI-CBG生物行为和理论的复杂性生物过程和行为通常非常复杂。物理理论为理解它们提供了一个精确的定量框架。活性物质理论为理解和描述活性物质的行为提供了一个框架，活性物质是由能够将化学燃料（"食物"）转化为机械力的单个成分组成的材料。德累斯顿的几位科学家在这一理论的发展过程中发挥了关键作用，其中包括马克斯-普朗克复杂系统物理研究所所长弗兰克-尤利歇尔（FrankJülicher）和马克斯-普朗克复杂系统物理研究所所长斯蒂芬-格里尔（StephanGrill）。有了这些物理学原理，就可以用数学方程来描述和预测活性生命物质的动力学。然而，这些方程极其复杂，难以求解。因此，科学家需要借助超级计算机的力量来理解和分析生命物质。预测活性物质行为的方法多种多样，有的侧重于微小的单个粒子，有的研究分子水平的活性物质，还有的研究大规模的活性流体。这些研究有助于科学家了解活性物质在不同空间尺度和时间范围内的行为。解决复杂的数学方程德累斯顿工业大学德累斯顿系统生物学中心（CSBD）教授、马克斯-普朗克分子细胞生物学和遗传学研究所（MPI-CBG）研究组组长、德累斯顿工业大学计算机科学学院院长伊沃-斯巴尔扎里尼（IvoSbalzarini）研究小组的科学家们现在已经开发出一种计算机算法，可以求解活性物质的方程。他们的研究成果发表在《流体物理学》（PhysicsofFluids）杂志上，并登上了封面。他们提出的算法可以在三维空间和复杂形状的空间中求解活动物质的复杂方程。该研究的第一作者之一、数学家阿比纳夫-辛格（AbhinavSingh）说："我们的方法可以处理三维空间中随时间变化的不同形状。即使数据点不是规则分布的，我们的算法也采用了一种新颖的数值方法，可以无缝地处理复杂的生物现实场景，准确地求解理论方程。利用我们的方法，我们最终可以了解活性材料在移动和非移动情况下的长期行为，从而预测其动态。此外，该理论和模拟还可用于对生物材料进行编程，或在纳米尺度上制造发动机，以提取有用功"。另一位第一作者菲利普-苏尔克（PhilippSuhrcke）毕业于德累斯顿工业大学的计算建模与仿真理学硕士课程，他补充说："得益于我们的工作，科学家们现在可以预测组织的形状或生物材料何时会变得不稳定或失调等，这对理解生长和疾病的机理具有深远影响。"人人可用的强大代码科学家们使用开源库OpenFPM实现了他们的软件，这意味着其他人可以免费使用。OpenFPM由Sbalzarini小组开发，旨在实现大规模科学计算的民主化。作者首先开发了一种自定义计算机语言，允许计算科学家通过用数学符号指定方程，让计算机来创建正确的程序代码，从而编写超级计算机代码。因此，他们不必在每次编写代码时都从头开始，从而有效地将科学研究中的代码开发时间从数月或数年缩短到数天或数周，极大地提高了工作效率。由于研究三维活性材料的计算需求巨大，新代码可以在共享和分布式内存多处理器并行超级计算机上扩展，这要归功于OpenFPM的使用。虽然该应用程序是为在功能强大的超级计算机上运行而设计的，但它也可以在研究二维材料的普通办公计算机上运行。这项研究的首席研究员伊沃-斯巴尔扎里尼（IvoSbalzarini）总结道："我们经过十年的研究，终于创建了这个模拟框架，并提高了计算科学的生产力。现在，这一切都汇聚到一个工具中，用于了解生命材料的三维行为。我们的代码具有开源性、可扩展性和处理复杂情况的能力，为活性材料建模开辟了新的途径。这可能最终会让我们了解细胞和组织是如何形成的，从而解决困惑科学家几个世纪的形态发生这一根本问题。但它也可能帮助我们设计出元件数量最少的人造生物机器。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1399609.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1399609.htm

科学家破解天文学难题 一箭双雕揭秘第一代星系和暗物质

科学家破解天文学难题一箭双雕揭秘第一代星系和暗物质探测21厘米森林一直面临极大挑战宇宙中存在大量的中性氢气体。这些气体中的氢原子在基态能级超精细结构之间的跃迁，会产生电磁波波长为21厘米的线辐射，也就是中性氢21厘米线。中性氢21厘米线为天文学家探索宇宙提供了巨大的机遇。“中性氢21厘米线为探测宇宙黎明与第一代星系提供了独一无二的手段。同时，利用中性氢21厘米谱线探测宇宙黎明与再电离也是平方公里阵列射电望远镜最重要的科学目标之一。”论文共同通讯作者、中国科学院国家天文台研究员陈学雷说。同时，宇宙早期各种结构及其周围的氢原子气体会在高红移射电点源的光谱上产生密集的21厘米吸收线。“这些吸收线丛，被天文学家形象地称为21厘米森林。”陈学雷说，多年来，探测21厘米森林一直面临极大挑战。“主要原因有两方面：一是21厘米森林信号微弱，并且探测它所依赖的宇宙黎明时期的射电亮源难以获取；二是21厘米森林信号同时受到第一代星系加热效应和暗物质性质的影响，因此在观测上我们很难区分这两种效应。这就使得21厘米森林探测难以实际用于限制第一代星系的加热效应或暗物质的性质。”论文共同通讯作者、中国科学院国家天文台副研究员徐怡冬解释。近年来，已经有一批高红移射电噪的类星体被发现，而且平方公里阵列射电望远镜也进入了工程建设阶段，开展21厘米森林探测已迫在眉睫。在这项研究中，我国天文学家提出了一种原创性的统计测量方案，使得21厘米森林不仅能够限制宇宙第一代星系的性质，还可以同时测量暗物质粒子的质量。新方法有望拓展人类对宇宙的认知“我们意识到由第一代星系的加热效应和温暗物质引起的信号变化，在光谱上的尺度分布特征存在明显不同。通过一维功率谱分析，我们未来可以从统计上区分这二者。”徐怡冬介绍。“21厘米森林的一维功率谱确实可以成为一箭双雕的宇宙学探针，它为揭开暗物质和第一代星系之谜提供了一种极有前景的新途径。”论文共同通讯作者、东北大学教授张鑫强调。针对此研究，加拿大圆周理论物理研究所教授凯瑟琳·麦克评论道：“这项研究提出了一种有趣的方法，能够利用21厘米森林功率谱同时限制宇宙X射线对星系际介质的加热，以及温暗物质的可能效应这两种现象。虽然以前的研究已经检查了21厘米森林作为星系际介质探针的可能性，但将温暗物质效应作为一个独立信号包含进来，则为未来的观测提供了一个新的科学目标。”《自然·天文》的编辑团队也针对这项研究发表了评论：“我们宇宙的最远处总是极为神秘，由于被尘埃、吸收光的原子和中间介质中的气体阻挡而很难直接观测。这项研究将吸收转化为一种优势，利用它打破了其他方法所遭遇的不同效应的简并，并可用于阐明早期宇宙的结构形成。”研究人员表示，这一突破性方法的发展对于解开暗物质和宇宙早期天体形成的奥秘具有重要意义，并将进一步推动我们对暗物质的理解，揭示宇宙结构形成及演化的过程。通过更深入的观测和分析，我们有望在不久的将来获得关于暗物质性质和早期星系形成的更多见解，进一步拓展我们对宇宙的认知。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1373151.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1373151.htm

科学家提出或能像探测流星一样寻找暗物质的新方法

科学家提出或能像探测流星一样寻找暗物质的新方法尽管暗物质占宇宙总质量的85%，但它仍难以被直接探测到。一项新研究提出了一种独特的方法来寻找暗物质，通过将地球的大气层作为一个巨大的探测器来探测像流星一样在空中流动的暗物质粒子。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1328757.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1328757.htm