日本科学家探测伽马射线暴：为构建万物理论提供线索

http://tech.sina.com.cn/d/2012-12-15/09147890483.shtml
简介：【日探测伽马射线暴：为构建万物理论提供线索】12月15日消息，这是最近日本宇宙航天机构所属的伊卡鲁斯探测器对宇宙中的伽马射线暴进行观测之后得到的成果。这些宇宙大爆发发出的光子帮助科学家们限定他们的万物模型——即可以将自然界所有的力囊括其中的大一统理论。

伽马射线暴是宇宙间最为剧烈的爆炸事件之一
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　　新浪科技讯 北京时间12月15日消息，据美国太空网报道，来自宇宙中最剧烈的爆炸现象正让科学家们有机会探究时空的本质。这是最近日本宇宙航天机构所属的伊卡鲁斯探测器对宇宙中的伽马射线暴进行观测之后得到的成果。这些宇宙大爆发发出的光子帮助科学家们限定他们的万物模型——即可以将自然界所有的力囊括其中的大一统理论。

　　日本的伊卡鲁斯飞船搭载的一台仪器名为“伽马射线暴偏振器”(GAP)，借助这台仪器获得的数据，一个日本科学家小组获得了迄今有关伽马射线暴的最精确的测量结果。

　　日本大阪大学科学家藤间谦二在一份声明中表示：“这项结果为量子论给出了一个基本的限定，这将会是一个梦幻般的理论，它将有望最终统一爱因斯坦的相对论和量子论。”

　　量子宇宙

　　伽马射线暴是宇宙间最为剧烈的爆炸事件之一，其产生的原因一般认为可能是一些极其剧烈的事件，如恒星的消亡或者中子星之间发生碰撞。藤间谦二和他的研究小组使用高精度的测量数据对来自这些伽马射线暴的光子特性进行研究并测量其偏振量，也就是测量其电场相对粒子运动的方向。偏振光的电场会在一道垂直于光子运动方向的轴线上上下震荡。

　　美国宾夕法尼亚大学天体物理学家德雷克·福克斯(Derek Fox)在一份发给记者的电子邮件中表示：“大多数电影院中的立体放映系统都会同时放映一部电影的两个版本，它们两者具有不同的偏振量，数值上均和水平方向呈45度，但是两者相互之间呈垂直关系。此时当你带上特制的偏振镜片，你的左眼就只看到针对你左眼的内容，而你的右眼也只能看到针对你右眼放映的内容。”

　　这项发现将对超弦理论产生影响，该理论认为所有类型的基本粒子实际上都是很小的震动弦的闭合圈，该理论的一大雄心便是统一自然界中所有的力并创设出一个包含宇宙万物的“大一统理论”。现在的物理学呈现近乎割裂的状态：爱因斯坦的相对论适用于描述宏观事物，如引力，而量子力学则可以很好地描述微观世界。而如果这个想法是正确的，那么它将有望首次将这两大理论统一起来。福克斯表示：“我们生活在一个量子宇宙之中，要想描述所有力和亚原子粒子的行为必须用到量子力学。最终，我们会创造出类似‘量子引力’这样的理论。”

　　对称性的破缺

　　超弦理论学家们认为，如果有证据显示物质和反物质之间的行为存在某种形式的差异，或者违反它们之间的对称性，这将支持超弦理论。福克斯表示：“只要被证实在任何一项物理过程中这种对称性被打破了，哪怕是在极细微的尺度上，都将在极大程度上改变目前我们朝向建立大一统理论努力的方向和道路。”

　　收集观测数据的过程是充满挑战的，这是因为大多数的量子结构都太小了，使用目前地球上具有的探测的手段是无法进行检测的，这就需要用到天基探测手段了。来自伽马射线暴的光子目前为止还尚未被探测到存在任何的偏振性转动。这种旋转将意味着如果时光倒转，粒子和反物质粒子对调，其中就将出现对称性的破缺。而此次日本科学家们使用天基设备对三个伽马射线暴的光子信号进行了迄今最精确的研究，藤间谦二的小组并没有发现这些光子显示偏振性的改变，这暗示至少在1000万分之一的尺度上这种对称是连续的。这是迄今人类对这项揭示自然本质的理论做出的最新限定，它将对后续构建大一统理论的工作产生影响。有关这项研究工作的文章将发表在近期出版的《物理评论快报》上。

　　强烈的源

　　伽马射线暴是剧烈的辐射源，其持续时间从数秒到数分钟不等。来自这些爆发的光子可以高能光子束的形式穿越数十亿光年的空间，但是它无法穿过地球的大气层。

　　伽马射线暴在发生时，其在数秒内释放出的能量相当于太阳在其一生中所释放出来的能量的总和。其成因可能是中子星或黑洞的形成，或者是两颗中子星的突然合并。福克斯表示：“相比射电或光学波段的光子而言，伽马射线暴的光子能量相对更高一些，这就让让它们成为理想的时空量子结构探测器。”他将其称为是“进行这类研究的天然靶源”。

　　伊卡鲁斯是人类首颗使用太阳帆技术的飞船，于2010年5月发射升空。“伽马射线暴偏振器”安装在探测器尾部，指向深空，避开太阳的干扰。(晨风)