???|暗物质和暗能量是什么 (暗物质到底是什么)

admin 2024-10-19 阅读:9

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暗物质和暗能量是什么 ???

到目前为止,物理学家和天文学家依据观测理想和实践推测,构建出各种各样的宇宙模型,其中最完成的是大爆炸宇宙模型,宇宙在减速收缩也是公认的理想。

而暗物质是基于现有引力实践的一种假想物质,暗能量是基于现有宇宙模型的一种假想能量。

暗物质和暗能量的存在能够解释一系列令人困扰的天文观测现象,也能在现有实践模型下能够很好地解释宇宙的演变和存在,可是还没有试验能够直接探测到暗物质和暗能量并为它们的存在进键盯行选择性地形容。

但是,很多新的观测现象都指向同一个理想:暗物质和暗能量是实在存在的。

不时以来,物理学关于物质本稿御和质的形容,朝着两个极限不时行进。

一个是微观极限,如今已拆培经深化到原子核外部;另外一个是微观极限,如今曾经裁减到整个宇宙。

从微观上讲,规范模型能够解释到目前为止发现的大局部粒子,规范模型也是基于地球上的物质、对撞机发生的粒子以及宇宙射线而构建的;但是当人类将探求的触角伸向浩瀚无垠的宇宙的时刻,发现了一些令人隐晦的现象。

20世纪30年代到70年代间,不少迷信家在观测不同星系时发现引力品质比星系的光度品质大的多。

自此,迷信家指出宇宙间存在少量看不见的物质——假设只要可见物质介入引力相互作用,那么从星系核心到旋臂,随着半径的增大,旋转的速度会越来越低。

依据天体物理的实践,这样会造成星系的不稳固。

咱们经过中学物理学过的引力圆周静止公式,也可以便捷地获取这一论断。

但实践观测标明,稳固星系旋臂的转动速度随着半径增大,出现出一个恒定速度,这样才会使星系坚持稳固。

而这个现象也说明,星系的大局部品质并不是集中在星系核心,而是有许多看不见的“暗物质”散布在整个星系,可见物质只是星系品质的一小局部。

咱们知道,物理学开展至今,尽治实践物理曾经可以齐全独立开展,但实践正确与否,最终要经过牢靠试验的测验,实践和试验相反相成。

暗物质的提出,只管只是起源于迷信家们的头脑风暴和数学计算,但是关于人类意识宇宙有着关键意义。

至于实践最终会获取证明还是被颠覆,还是要靠详细的试验探测来谈话。

宇宙中有少量不发光的物质,它们能否解释暗物质疑问?

无关暗物质存在的疑问,曾经探讨过很屡次,而且咱们有很好的实践和独立的观测证据标明,宇宙中存在少量的、无法见的品质源。

最显著也是咱们最相熟的证据是:星系团中单个星系运转速度意外疑问、旋转星系速度曲线意外疑问。

这些疑问都指向了一件事:宇宙存在品质缺失,也就是暗物质疑问!

但是咱们也知道宇宙中也有很多已知的品质源基本不发光!咱们也看不到,例如:死亡恒星、行星、黑洞、宇宙尘埃、冷中性气体以及一些冰岩。那么疑问来了,咱们看不到的这些物质会不会就是缺失的品质?暗物质呢?上方就议论下这个疑问!

宇宙中充溢了不发光的物质,而且数量惊人

咱们知道仅仅由于太阳独自一人就占了整个太阳系品质的99.8%,这并不象征着发光的恒星就是宇宙品质所有。

如今咱们再来看太阳系,从海王星以外就是柯伊伯带,再往外就是奥尔特云!奥尔特云是一团庞大的由冰岩、尘埃组成的云团,向咐滑悉各个方向加长了大概1光年,蕴含了数万亿颗小行星和彗星大小的物体,它们的总品质大概是地球的5~100倍,而在太阳系的早期阶段,这个数字或许会更高。

在比太阳系更大的尺度上,咱们可以看到在恒星之间也有少量的星际气体和尘埃。

从咱们自己的河汉系来看,星际气体和尘埃也十分显著,横跨天空的河汉系平面上散布着少量的“彩色暗带”,这是由于河汉系外面的中性气体或尘埃挡住了背景恒星的星光。

在更大的宇宙尺度上,咱们知道星系间的气体、尘埃和等离子体无处不在,要比宇宙中发光的恒星品质大得多。那么这些雷同看不见的物质方式(气体、尘埃、冰、岩石和行星)有没有或许解释宇宙中品质缺失的疑问?也就是暗物质疑问?或许说这局部咱们看见的物质就是暗物质?

气体和暗天体能否组成了所有的暗物质?

上方这张图片是子弹状星系团相撞后的图像,蓝色局部代表引力透镜效应,粉色局部代表高速气体撞击后发射的X射线,星系相撞后出现了引力位置的不婚配现象(出现两个品质源),这是不是说明了星系中有存在暗物质?其实也不必定,它只能通知咱们没有足够的气体、尘埃来解释一切的引力效应。也说明暗物质不光是宇宙中的冷气体和尘埃!

而且咱们也知道,两个星系团相撞以后,发光的物质(星系中恒星)会直接穿过彼此,由于星际空间十分宽广,有很小的几率会出现两个天体相撞。

就像两支鸟枪相互射击一样,简直没有子弹会出现相互碰撞。

(看下图子弹门路是这样的,基本不会相撞,恒星也一样)

依照这个思绪,气体、尘埃无法能是所有的暗物质,那么咱们会以为暗物质或许是地球大小、木星大小或月球大小的暗天体。

由于在宇宙中比最小的恒星(包括褐矮星)还要小的天体,由于自身外部的核聚变不会收回任何可见光,所以从技术上讲它们也是“暗”物质(暗天体)。

像这样的暗天体假设在咱们的星系中穿行,那么每当有一颗暗天体经过咱们的眼帘时,咱们就会看到一个微透镜效应,背景恒星会持久地变亮,而后又复原到原来的亮度。

咱们观察了这些微透镜效应,发现从月球品质的暗天体到品质更大的暗天体,它们的品质总和无法能超越暗物质的百分之一。

那么,宇宙中更小的小行星、冰岩石呢?或许单个的,孤立的原子呢?或许其余咱们还不能直接扫除的两边尺度呢?这些物质咱们都看不到,也探测不进去!因此无实践上,这些个别物质依然或许是失踪的“暗物质”。

这是一个关键的钻研途径,但这种钻研不能“证明”真正的暗物质存在,由于咱们如今知道暗物质不是由反常物质组成的:质子、中子和电子。

探测宇宙中各种组成成分的比例能力处置疑问

因此咱们须要从另外的角度去思索疑问,咱们可以经过以下几种方法来找到答案:

这样就能与日俱增的处置一切疑问,既能知道以上议论的咱们“看不见的”反常物质能否是咱们寻觅的暗物质,还能知道宇宙中能否存在除了反常物质以外的物质。

咱们可以在宇宙中测量许多不同的物理现象,从而得出宇宙的总物质密度是多少。

例如,在最大尺度上经常使用重子声波振荡观察星系汇集的方式(宇宙大尺度结构的方式),而大尺度衡乎结构的构成高度依赖于物质的总量。

宇宙微波背景辐射的温度动摇(大爆炸留下的余辉和庞大密度涨落)可以通知咱们宇宙中物质和能量的总和。

经过观察宇宙中物体的红移和距离数据,特意是Ia型超新星的红移和距离数据,也对不同类型的物质和能量存在量提供了一个限度。

微波背景辐射(CMB),重子声波振荡(BAO)超新星红移数据(SNe)

假设咱们把一切的数据联合在一同,咱们会发现宇宙临界密度的30%到34%以某种方式存在。

这是咱们须要的一个数字。

但咱们也可以算出宇宙临界密度中有多少是由反常物质(质子、中子和电子)组成。

当宇宙还很年轻、温度和密度很高的时刻,这时的温度并不能构成稳固的原子核;由于在宇宙的热辐射中,高能量光子会将原子核炸成单个的质子和中子。

只要当宇宙冷却到某个特定的温度时,核聚变能力启动,从而构成宇宙中最轻的稳固元素和同位素。

但是大爆炸后核融合生成元素的详细比例(多少质子,多少氘,多少氦-3和氦-4,多少锂-7)对宇宙中一个便捷的量(重子与光子的比例)极端敏感。

(重子可以是质子,也可以是中子。

)实践上,咱们可以经过观察悠远宇宙边疆始气体云来测量各种元素的丰度和比例,自从大爆炸以来,原始气体云简直没有遭就任何影响,简直没有遭就任何恒星构成重元素的污染。

经过宇宙微波背景咱们还可以测量原始光子密度,因此咱们可以相对容易的计算出全体重子物质的丰度和密度。

总结:暗物质无法能只是一些不发光的个别物质

咱们从这些观察中得悉,宇宙临界密度中大概由4.5- 5.5%以各种类型的个别物质组成,这象征着无论其余25- 29%的暗物质是什么,它们都无法能是任何类型的个别物质!

而以上的比例也经过观察宇宙微波背景的动摇获取了证明,与5%的反常物质和28%的非重子暗物质的混合预测相吻合。

CMB形式的宇宙不只蕴含了反常物质,其中还包括暗物质和暗能量。

所以,暗物质无法能只是一些不发光的个别物质方式;暗物质是由规范模型以外的粒子构成!暗物质不只存在,而且是咱们尚未发现的一种全新物质。

什么是暗物质?

暗物质(Darkmatter)是实践上提敬迹出的或许存在于宇宙中的一种无法见的物质,它或许是宇宙物质的关键组成局部,但又不属于构成可见天体的任何一种已知的物质。

现代天文学经过天体的静止、牛顿万有引力的现象、引力透镜效应、宇宙的大尺度结构的构成、微波背景辐射等观测结果标明暗物质或许少量存在于星系、星团及宇宙中,其品质远大于宇宙中所有可见天体的品质总和。 ???

联合宇宙中微波背景辐射各向同性观测和规范宇宙学模型(ΛCDM模型)可确定宇宙中暗物质占所有物质总品质的85%、占宇宙总质能的26.8%。

被宽泛接受的实践以为,组成暗物质的是“弱相互作用有品质粒子”(weaklyinteractingmassiveparticle,WIMP)。

最早提出“暗物质”或许存在的是天文学家卡普坦(JacobusKapteyn),他于1922年提出可以经过星体系统的静止直接推断出星体周围或许存拆败在的无法旅稿颤见物质。

1932年,天文学家奥尔特(JanOort)对太阳系左近星体静止启动了暗物质钻研。

但是未能得出暗物质存在确实凿论断。

1933年,天体物理学家兹威基(FritzZwicky)应用光谱红移测量了后发座星系团中各个星系相关于星系团的静止速度。

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