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暗物质(Dark matter)是理论上提出的可能存在于宇宙中的一种不可见的物质,它可能是宇宙物质的主要组成部分,但又不属于构成可见天体的任何一种目前已知的物质。
暗能量是驱动宇宙运动的一种能量。它和暗物质都不会吸收、反射或者辐射光,所以人类无法直接使用现有的技术进行观测。
扩展资料:
暗物质:
暗物质的存在已经得到了广泛的认同,然而目前对暗物质属性了解很少。目前已知的暗物质属性仅仅包括有限的几个方面:
1) 暗物质参与引力相互作用,所以应该是有质量的,但单个暗物质粒子的质量大小还不能确定;
2) 暗物质应是高度稳定的,由于在宇宙结构形成的不同阶段都存在暗物质的证据,暗物质应该在宇宙年龄(百亿年)时间尺度上是稳定的;
3) 暗物质基本不参与电磁相互作用,暗物质与光子的相互作用必须非常弱,以至于暗物质基本不发光;暗物质也基本不参与强相互作用,否则原初核合成的过程将会受到扰动,轻元素丰度将发生改变,将导致与当前的观测结果不一致。
4) 通过计算机模拟宇宙大尺度结构形成得知,暗物质的运动速度应该是远低于光速,即“冷暗物质”,否则我们的宇宙无法在引力作用下形成目前观测到的大尺度结构;
暗能量特点
暗能量与光会发生中和作用,作用域为同级暗能量的分布范围。当暗能量与光反应时,会对作用域的时间产生影响,绝对速度v0>c,此时作用域的能量E产生跃迁,根据E=mc?,作用域内的物质质量会有减少。由于宇宙空间不断发生的中和反应,作用域内的物质质量不断减小致使物质的引力减小,出现宇宙膨胀?。
对宇宙膨胀的高精度测量可以使我们对膨胀速度随时间变化有更深入的理解。在广义相对论中,膨胀速度的变化受宇宙状态方程式的影响。确定暗物质的状态方程式是当今观测宇宙学的最主要问题之一。
加入宇宙学常数后,宇宙学标准罗伯逊-沃尔克度规可以导出Λ-冷暗物质模型,后者因与观测结果的精确吻合而被称为宇宙“标准模型”。暗物质被认为是当今形式化宇宙循环模型的至关重要的一个因素。
参考资料:百度百科--- 暗能量? 百度百科---暗物质
什么是普通物质、反物质、暗物质和暗能量?
暗物质(包括暗能量)被认为是宇宙研究中最具挑战性的课题,它代表了宇宙中90%以上的物质含量,而我们可以看到的物质只占宇宙总物质量的10%不到。暗物质无法直接观测得到,但它却能干扰星体发出的光波或引力,其存在能被明显地感受到。科学家曾对暗物质的特性提出了多种假设,但直到目前还没有得到充分的证明。几十年前,暗物质(dark matter)刚被提出来时仅仅是理论的产物,但是现在我们知道暗物质已经成为了宇宙的重要组成部分。暗物质的总质量是普通物质的6.3倍,在宇宙能量密度中占了1/4,同时更重要的是,暗物质主导了宇宙结构的形成。暗物质的本质现在还是个谜,但是如果假设它是一种弱相互作用亚原子粒子的话,那么由此形成的宇宙大尺度结构与观测相一致。不过,最近对星系以及亚星系结构的分析显示,这一假设和观测结果之间存在着差异,这同时为多种可能的暗物质理论提供了用武之地。通过对小尺度结构密度、分布、演化以及其环境的研究可以区分这些潜在的暗物质模型,为暗物质本性的研究带来新的曙光。大约65年前,第一次发现了暗物质存在的证据。当时,弗里兹·扎维奇发现,大型星系团中的星系具有极高的运动速度,除非星系团的质量是根据其中恒星数量计算所得到的值的100倍以上,否则星系团根本无法束缚住这些星系。之后几十年的观测分析证实了这一点。尽管对暗物质的性质仍然一无所知,但是到了80年代,占宇宙能量密度大约20%的暗物质以被广为接受了。在引入宇宙膨胀理论之后,许多宇宙学家相信我们的宇宙是平直的,而且宇宙总能量密度必定是等于临界值的(这一临界值用于区分宇宙是封闭的还是开放的)。与此同时,宇宙学家们也倾向于一个简单的宇宙,其中能量密度都以物质的形式出现,包括4%的普通物质和96%的暗物质。但事实上,观测从来就没有与此相符合过。虽然在总物质密度的估计上存在着比较大的误差,但是这一误差还没有大到使物质的总量达到临界值,而且这一观测和理论模型之间的不一致也随着时间变得越来越尖锐。当意识到没有足够的物质能来解释宇宙的结构及其特性时,暗能量出现了。暗能量和暗物质的唯一共同点是它们既不发光也不吸收光。从微观上讲,它们的组成是完全不同的。更重要的是,像普通的物质一样,暗物质是引力自吸引的,而且与普通物质成团并形成星系。而暗能量是引力自相斥的,并且在宇宙中几乎均匀的分布。所以,在统计星系的能量时会遗漏暗能量。因此,暗能量可以解释观测到的物质密度和由暴涨理论预言的临界密度之间70-80%的差异。之后,两个独立的天文学家小组通过对超新星的观测发现,宇宙正在加速膨胀。由此,暗能量占主导的宇宙模型成为了一个和谐的宇宙模型。最近威尔金森宇宙微波背景辐射各向异性探测器(Wilkinson Microwave Anisotrope Probe,WMAP)的观测也独立的证实了暗能量的存在,并且使它成为了标准模型的一部分。暗能量同时也改变了我们对暗物质在宇宙中所起作用的认识。按照爱因斯坦的广义相对论,在一个仅含有物质的宇宙中,物质密度决定了宇宙的几何,以及宇宙的过去和未来。加上暗能量的话,情况就完全不同了。首先,总能量密度(物质能量密度与暗能量密度之和)决定着宇宙的几何特性。其次,宇宙已经从物质占主导的时期过渡到了暗能量占主导的时期。大约在“大爆炸”之后的几十亿年中暗物质占了总能量密度的主导地位,但是这已成为了过去。现在我们宇宙的未来将由暗能量的特性所决定,它目前正时宇宙加速膨胀,而且除非暗能量会随时间衰减或者改变状态,否则这种加速膨胀态势将持续下去。不过,我们忽略了极为重要的一点,那就是正是暗物质促成了宇宙结构的形成,如果没有暗物质就不会形成星系、恒星和行星,也就更谈不上今天的人类了。宇宙尽管在极大的尺度上表现出均匀和各向同性,但是在小一些的尺度上则存在着恒星、星系、星系团、巨洞以及星系长城。而在大尺度上能过促使物质运动的力就只有引力了。但是均匀分布的物质不会产生引力,因此今天所有的宇宙结构必然源自于宇宙极早期物质分布的微小涨落,而这些涨落会在宇宙微波背景辐射(CMB)中留下痕迹。然而普通物质不可能通过其自身的涨落形成实质上的结构而又不在宇宙微波背景辐射中留下痕迹,因为那时普通物质还没有从辐射中脱耦出来。另一方面,不与辐射耦合的暗物质,其微小的涨落在普通物质脱耦之前就放大了许多倍。在普通物质脱耦之后,已经成团的暗物质就开始吸引普通物质,进而形成了我们现在观测到的结构。因此这需要一个初始的涨落,但是它的振幅非常非常的小。这里需要的物质就是冷暗物质,由于它是无热运动的非相对论性粒子因此得名。在开始阐述这一模型的有效性之前,必须先交待一下其中最后一件重要的事情。对于先前提到的小扰动(涨落),为了预言其在不同波长上的引力效应,小扰动谱必须具有特殊的形态。为此,最初的密度涨落应该是标度无关的。也就是说,如果我们把能量分布分解成一系列不同波长的正弦波之和,那么所有正弦波的振幅都应该是相同的。暴涨理论的成功之处就在于它提供了很好的动力学出发机制来形成这样一个标度无关的小扰动谱(其谱指数n=1)。
经常关注宇宙学得朋友,肯定都看到过反物质、暗物质和暗能量,这三个物理学中的词汇,除了这三个还有一个普通物质,它们一起构成了宇宙中以前存在、现在存在的所有物质/能量形式,其中的反物质在目前的宇宙中,据我们观察并不存在,而暗物质、暗能量、普通物质依然充斥着宇宙空间,组成了我们当今的宇宙。
那么什么是反物质、普通物质、暗物质和暗能量呢?以及当今的宇宙中为何不存在反物质?它们去哪了?今天就说下这个问题。
什么是普通物质?我为何要把普通物质放在最前面,首先介绍呢?原因就是普通物质最简单、我们也最容易理解,因为我们人类自己本身,包括我们目前能在地球上、宇宙中看到的一切事物,都有有普通物质组成的。
在宏观尺度上看,一些物质的结构/集合,包括你手上的手机、面前的办公桌、水杯、呼吸的空气、脚下踩的地球、家里的宠物、以及更大尺度上的地球、太阳系、银河系、星系团都有我们所说的普通物质。这些物质,我们看得见、摸得着所以一点也不奇怪和陌生。
从微观的尺度上看,所有的普通物质都有由原子/分子构成的,而在原子之下,就是亚原子粒子,包括:轻子(e-、?-和?-以及三个对应的中微子)、重子(中子和质子),其中重子不是基本粒子而是复合粒子,在它们之下就是六味夸克和8个胶子。总的来说,上图标准模型中的粒子,夸克、轻子、玻色子这些基本粒子就构成了我们所看到的普通物质世界。当然,你和我也是由这些基本粒子构成的。这就是我们普通物质世界,很好理解吧。
接下来说反物质我把反物质放在物质之后是因为从字面上来说,你应该能够理解反物质其实就是组成我们普通物质世界的一个反面,所以接下来说反物质,应该也很好理解。
反物质目前在我们的宇宙中,据我们的观察是不存在的(后面会说原因),所以我们发现反物质之前在宇宙中存在过肯定不是通过观察得出来的结论,而是先通过理论预言出来的,上实际20年代,狄拉克在它的方程中首先预言了反电子的存在,随后在30年代,安德森在云室中发现了反电子的运行轨迹,验证了狄拉克的预言。至此我们就直到了我们的普通物质世界存在一个反世界版本。
就拿电子来说,在我们的正物质世界中,电子带有一个负电荷、自转为1/2、质量为0.511Mev/c^2,轻子数为+1,那么电子的反物质版本,正电子其质量和电子一样,但自旋相反为-1/2,且带有正电荷,轻子数为-1,也就是说正电子和电子相比较,电荷相反、自旋相反、轻子数相反,其他的任何行为都是一样的。从以上的性质就可以看出来,正电子就是电子的镜像。
由于电荷不同,因此正电子和电子在磁场中发生偏转的轨迹就不同,这就是上世纪30年代安德森发现正电子所使用的原理,假如电子往左偏转,那么正电子就会往右偏转。在我们发现正电子以后,反质子、反中子、反夸克相继被发现。
这就说明了,在标准模型中的所有粒子都有自己的反版本,当然玻色子,例如光子、胶子它们的反粒子就是自己本身。
那么这些反物质去哪里了?物质世界反版本的发现,让我们之前认为的宇宙中重子数和轻子数守恒的想法被击破,因为在反物质被发现之前,我们认为一个原子核中的质子和中子虽然可以相互通过?+和?-衰变来互相转换,但不论怎么变,原子核中的重子数都是守恒的,也就是说宇宙质子和中子的数量加起来是不会发生变化的。
但是反物质的发现就打破了这个认知,因为反物质有着和物质相反的重子数,它们相遇以后就会发生湮灭,并且以光子的形式释放出能量。也就是说,正物质和反物质相遇就会变为纯能量,这个过程也是可逆的(高能光子相撞可以产生正反物质)。这样一来宇宙中的重子数和轻子数就不是守恒的了,它们也可以被创造和毁灭。
重子数和轻子数的不守恒,其实对我们理解宇宙起源来说是一件好事,因为这样我们就能解释宇宙中的物质是怎么来的,如果宇宙中的重子数和轻子数是守恒的,那么一开始宇宙中没有任何的重子和轻子,它们的总数量为0的话,我们是没有办法解释物质的起源问题。
你看,在宇宙诞生初期,在一定的温度下,能量会自发的产生物质和反物质,并且这些正反物质会互相湮灭又变为了能量,在这个过程中宇宙中的重子和轻子数是守恒的,但是由于我们目前还不清楚的某种机制,导致了宇宙在一定的能量下,打破了重子和轻子数是守恒的规律,造成了正物质和反物质数量的不对称,其中正物质粒子比反物质粒子在数量上多了10亿分之一,那么随着宇宙的碰撞冷却,能量也不再足以自发的产生正反粒子对,那么接下来反物质在和正物质烟灭后,多余的正物质就被保留了下来,这些物质就构成了我们现在看到的宇宙中的一切。
什么是暗物质?上文中我们插入目前标准模型物质粒子的,在哪上面有正物质粒子有反物质粒子,但是就是没有暗物质粒子,这说明啥?意思就是,目前暗物质到底是什么鬼,我们并不清楚。标准模型中的粒子,并不能解释暗物质粒子的问题。
你看,上文中我在描述我们现在能看到的宇宙时,强调的是普通物质,并没有说成物质。这是因为,暗物质其实也算一种物质,它们切切实实的存在于我们当今的宇宙中,而且占了宇宙物质比例的85%左右,也就是说,我们宇宙中的所有物质,其中就有大部分我们并不知道是啥,我们只能看到15%的普通物质。
那么我们看不到暗物质,为何会知道暗物质存在呢?其实我们发现暗物质存在,并不是看到了暗物质,而是观测到了没有暗物质存在就不能解释的一些引力异常现象,也可以称为引力缺失,质量缺失。例如,星系旋转速度异常,星系团中的星系运动速度异常。这些异常现象就直接指向了在我们的宇宙中,还存在大量的我们看不到的物质形式,在默默的提供着引力。
那么为什么我们发现不了暗物质呢?原因就在于这种物质粒子,它们不参与电磁相互作用,也不参与弱相互作用,只能和引力互动,所以我们没有办法通过有效的手段去发现这些粒子到底是什么!也就是说,暗物质除了给我们普通物质世界提供引力以外,完全不会和普通物质发生任何的交互。这是我们目前不知道暗物质是啥的根本原因。
暗能量是啥?暗物质和暗能量被称为两暗兄弟,从名字就可以看出来我们对暗能量也是知之甚少,我们目前只知道它是宇宙空间中存在的一种固有的能量,并且会在短时间内以正反虚粒子对的方式出现,然后瞬间湮灭,将能量归还给宇宙虚空。我们发现暗能量的原因是,随着我们对宇宙演化的理解,之前认为宇宙的空间会一直在引力的作用下发生减速膨胀,至于在未来膨胀速度能减到什么程度,这就要看宇宙最初的膨胀率和物质密度了。
其结果无外乎有三种可能:
1. 引力在未来获胜,宇宙发生逆转收缩,在大坍缩的结局下终结
2. 引力无法逆转宇宙的膨胀,宇宙会一直匀速膨胀下去,直到死寂。
3. 引力和宇宙膨胀率处于临界值,宇宙不会膨胀也不会收缩。
但是我们在上世纪90年代通过对1a型超新星的观测发现,宇宙真实的膨胀情况并不是以上的三种可能,而是我们的宇宙正在加速膨胀,这就说明了在宇宙中还存在着一些我们未知的能量形式,在为宇宙提供着负压,拉扯着空间加速膨胀。这种未知的能量就是暗能量。
值得注意的是,这种我们不知道能能量形式,占了宇宙总质能的70%左右,也就是说,在我们的宇宙中,大部分的能量是一种我们不知道的能量形式,而我们的普通物质只占了总质能的5%不到。
以上就是我们宇宙中的能量形式,普通物质、反物质、暗物质、暗能量。不知道你看后有何感想!
关于“暗物质和暗能量是什么?”这个话题的介绍,今天小编就给大家分享完了,如果对你有所帮助请保持对本站的关注!
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