科学家使用中微子来测量地球的质量和各层的密度。图片来源：英国《科学新闻》双周刊网站

科技日报北京11月6日电 （记者刘霞）据英国《科学新闻》双周刊网站5日报道，中微子是可以直接穿越整个地球的亚原子粒子，“小身材”也拥有大能量。现在，物理学家首次借助中微子测量了地球的质量，并对地球内部的情况进行了探测，研究了从地壳到地核密度的变化。

来自西班牙微粒子研究所的3位物理学家在5日出版的《自然·物理学》杂志报告称，通常情况下，科学家通过量化地球的引力以及研究穿透地球的地震波来确定地球的质量和密度。而现在，他们仅利用中微子，对地球属性进行了完全独立的测试。利用南极“冰立方”（IceCube）中微子天文台数据所获得的新结果，与传统测量结果相吻合。

在最新测量中，研究人员对高能中微子进行了详细观测。高能中微子由来自太空的质子和其他高能粒子撞击地球大气层时产生，其可以穿过整个地球。高能中微子在行进途中停留的频率，会揭示它们所穿过物体的密度。

从不同角度到达“冰立方”探测器的中微子会展示地球不同层的情况。例如，来自北极的中微子在到达南极之前会穿过地壳、地幔和地核；但从另一个角度到达探测器的中微子可能只穿过地壳。通过测量不同角度中微子的数量，研究团队推断出地球不同部分的密度，最终得出了地球的“体重”。

尽管最新方法并未获得有关地球的任何新发现。但研究人员指出，这一方法有望帮助科学家厘清是否地球的所有质量都来自普通物质。也许一些质量要归因于某些会避开中微子的物质，比如暗物质。科学家认为，暗物质必须存在，才可以解释他们在测量其他星系时观察到的质量缺失。如此，中微子可以帮助物理学家确定地球上是否存在这样的暗物质。

测定数百万个星系形状 “昴”望远镜绘制出暗物质三维空间分布图

科技日报东京10月28日电 （记者陈超）一个由东京大学牵头的国际研究小组利用“昴”天文望远镜的超广角主焦点照相机（HSC），制作并分析了宇宙暗物质的三维空间分布图，这也是迄今最深（过去宇宙）的暗物质广域天域地图。

研究小组成功观测了数百万万个星系形状的引力透镜效应，精确测定了表示星系等宇宙结构形成程度的物理量。他们将观测结果与欧洲空间局（ESA）的宇宙微波背景辐射观测卫星“普朗克”及其他宇宙观测结果组合，成功获得了暗能量的性质等见解。

HSC测定的结果与美国暗能量调查（DES）项目和欧洲千平方度巡天（Kilo-Degree Survey）项目的引力透镜观测结果相一致，但这些引力透镜的观测结果与“普朗克”卫星预言的宇宙模型比较，存在不一致之处。这到底是统计上的误差，还是现在标准宇宙模型不完善，利用HSC观测数据将可以解决该疑问。本次成果是通过HSC观测开始揭示暗物质、暗能量精密宇宙论的第一步。

暗物质无法利用光线看到。但正如爱因斯坦相对论预言的一样，宇宙引力可使远方星系发出的光线扭曲，即引力透镜现象。远方星系发出的光线经过90亿年长途跋涉，到达“昴”望远镜。通过观测远方宇宙的光，可以了解宇宙结构的形成，接近引起宇宙膨胀的暗能量之谜。暗能量的最单纯模式是宇宙常数，基于宇宙常数的宇宙模型，与包括HSC结果在内的所有宇宙观测没有矛盾。

研究小组发现的引力透镜效果非常微小，但仍可测定星系形状，通过对数百万个星系形状的测定，复原了宇宙物质（主要为暗物质）的三维分布。通过对暗物质分布的详细分析，可调查宇宙数十亿年来是如何形成的。

宇宙的终极命运将会怎样

2018-10-26 科技日报记者 付丽丽

有媒体报道，一个国际研究团队近日发表论文称，他们从暗物质和暗能量的角度分析后得出结论，宇宙的寿命至少还有1400亿年。目前，宇宙起源已经有公认的理论，认为宇宙起源于约138亿年前的大爆炸，随后开始膨胀演化。但关于宇宙如何走向终结，理论假说却多种多样。

正如有人说:“我不想知道我是怎么来的，我就想知道我是怎么没的。”对于宇宙究竟会怎么走向终结，科学家们苦苦探寻，提出了“大坍缩”“大撕裂”“大冻结”“大吞噬”等各种假说。

“大撕裂”假说

暗能量不断增加使宇宙分崩离析

“宇宙的最终命运（或称为宇宙终极命运）是物理宇宙学研究的重要问题之一，目前看来它主要依赖于宇宙的空间几何结构以及暗能量的性质，宇宙终极命运的假说主要包括‘大撕裂’‘大冻结’和‘大坍缩’。”10月24日，中国科学院国家天文台副研究员陈云在接受科技日报记者采访时说。

说起宇宙的空间结构，陈云介绍，其包括平直、闭合和开放3种可能性，可以分别类比于平面、球面和马鞍面。而暗能量则是宇宙中均匀弥漫的一种克服物质（包括普通物质和暗物质）所产生引力的“负引力”。暗能量的性质通常用它的状态方程（就是压强与密度之比）来刻画。不同的暗能量模型下暗能量的状态方程不同。有些模型下暗能量的状态方程是不随时间变化的常数，而这个常数可能等于-1，也可能大于或小于-1；还有些模型下暗能量状态方程是随时间变化的，就是说状态方程可能由大于-1随时间演变为小于-1，也有可能由小于-1变为大于-1。暗能量状态方程等于-1时它的密度是不随时间演化的常数，大于-1时密度会随着时间的增加而减小，而小于-1时密度会随着时间的增加而增大。

由此，陈云表示，“大撕裂”假说认为如果暗能量是状态方程小于-1的“幽灵暗能量”，那么它的密度就会随着时间增加而增加，从而导致宇宙膨胀的速度越来越快，那么随着宇宙的不断膨胀，宇宙中的所有物质（甚至时空本身）最终都会被逐渐撕碎，瓦解为不受束缚的基本粒子和辐射。

暗能量的确是宇宙间最神秘、最丰富的能量形式之一，约占宇宙68.3%的质能，但物理学家真的对它了解不多。上世纪90年代发现暗能量之前，物理学家认为因大爆炸而产生的宇宙膨胀正在减缓甚至停止。此后，通过对超新星的观测，天体物理学家们才意识到其实宇宙膨胀正在加速，并且有研究人员对110亿年前形成的星系进行测绘，发现宇宙正以过山车的速度膨胀。

朴茨茅斯大学的马特·皮尔博士解释说，年轻时期宇宙的生长因引力的影响变缓，但在过去50亿年时间里，宇宙却开始快速膨胀，原因就在于一种神秘的力——暗能量。如果暗能量不断增强且持续扩散，就会推动星系相互分离，紧接着推动行星远离恒星，并造成一系列类似变化。最终，暗能量会强大到把原子核从原子中撕扯出来，并撕裂宇宙间存在的一切，使宇宙分崩离析。

“大冻结”假说

宇宙温度趋近绝对零度生命不复存在

另一种比较典型的宇宙终结假说就是“大冻结”了。

陈云指出，“大冻结”也被称为“热寂”（heatdeath）。这种假说认为宇宙最终会演化到一种没有热力学自由能的状态，也就是说宇宙达到一种热力学平衡（即具有最大熵）的状态，同时宇宙温度也趋近（但并未达到）绝对零度，从而任何宏观物理过程和生命都不复存在。在暗能量存在的情况下，不管宇宙空间几何结构是什么样的，“大冻结”都有可能发生。就算没有暗能量，如果宇宙空间几何结构是平直或开放的，“大冻结”也可能出现。

“大冻结”假说认为在宇宙年龄为1万亿至100万亿年期间恒星会正常形成，但随后恒星形成所需的气体逐渐被消耗殆尽，从而使恒星停止发光，整个宇宙将逐渐陷入黑暗之中，随后黑洞将主导整个宇宙,但是接下来黑洞自身也会因为霍金辐射（指来自黑洞的光和粒子辐射）而消失，然而再接下来宇宙是一直处于这种“大冻结”的状态，还是走向其他状态，还不得而知。

有科学家表示，人们在煎蛋时，将一枚鸡蛋打碎放入煎锅，鸡蛋将无法恢复之前的形状。同样宇宙也是这样，伴随着不断进化——炽热气体逐渐形成恒星、行星，孕育人类和各种生命，熵（物理概念，用于度量无序程度）也在逐渐增加。而且一旦宇宙走向无序，就很难停止或反转，就如食物会腐烂、金属会生锈、人类会消亡一样。熵不断地增加，当宇宙中的紊乱达到最大程度时，“大冻结”就会来临。一旦熵达到它的最大值，所有能量将被均匀地分布在整个宇宙内，但任何可重复使用的能量或热量将不复存在，这意味着消耗能量的过程将不再继续。从根本上说，宇宙间的一切终将停止运转。

陈云说：“由于暗能量的本质属性尚且不知，因此，宇宙未来的命运可能是‘大撕裂’，也可能是‘大冻结’，同时也有可能是先发生‘大冻结’再进入‘大撕裂’。”

“大坍缩”假说

宇宙膨胀速度不断变慢从而发生坍缩

一些科学家认为，如果宇宙内的物质随着时间推移不断减少，大坍缩便会出现，导致引力成为占据支配地位的力。引力导致宇宙收缩，其结果是恒星、星系和行星相互撞击，宇宙发生塌陷，这就是“大坍缩”假说。理论物理学家表示，宇宙内的一些区域已开始塌陷，这种塌陷将最终吞噬宇宙其他区域。

在陈云看来，“大坍缩”假说认为由于物质的引力作用宇宙的膨胀速度会不断变慢，从而终将停止膨胀并发生坍缩。然而在坍缩之后又将发生什么，尚不能确定；其中一种可能性就是宇宙坍缩到它的初始状态并再次发生大爆炸，从而使得宇宙处于“大爆炸”到“大坍缩”再到“大爆炸”这样一种循环的状态。不过最近的宇宙学观测都表明宇宙的膨胀速度不仅不会变慢，而且由于暗能量的作用膨胀速度在不断加快。简而言之，目前的观测数据不支持“大坍缩”假说。

“此外，关于宇宙终结还有‘大吞噬’假说，我认为是没有科学依据的纯假想。”陈云说，“大吞噬”假说认为宇宙中的黑洞会逐渐吞噬掉所有天体和物质，并发生大黑洞吞噬小黑洞，最终整个宇宙只剩下一个超级大黑洞。这种假想不可信的理由很多，其中最主要的有3条：一黑洞只会吞噬掉进它视界内的物质，视界外的物质是不会被吞噬掉的；二黑洞并不是只进不出的，比如,星系中心的黑洞在吞噬物质的过程中，通常也会产生沿转轴方向向外的喷流，喷出来的物质又为产生新的恒星和星系提供了原料；三在暗能量主导的时期，由于暗能量的负压作用，相距较远的黑洞是不会发生碰撞的，也就是不会出现互相吞噬的情况。