浅析暗物质的理论与纲要

浅析暗物质的理论与纲要
摘要：2011年9月24日星期六今天我学习了暗物质的理论，真是大开眼界，让我的生命得到了又一次的升华，这次学习让我受益匪浅，获得了很多平时都不知道的知识。

通过学习和结合相关知识，对暗物质有了大概的了解。

本文是对暗物质的的理论的的总结与介绍。

关键词：暗物质理论看法
前言：我们能够感知暗物质对浩瀚宇宙产生的巨大影响，却捕捉不到它的行踪。

在物理学上，物质之间有四种作用力，而暗物质只通过引力与其他物质发生作用；暗物质占据着宇宙中22 ％的质量， 25 ％的能量，而对于它何以有如此巨大的能耐却无人知晓；暗物质的存在为构建宇宙大尺度结构发挥了重要作用，而在小尺度宇宙结构中它却不露身影。

那么，暗物质究竟是一种什么样的物质呢？
天文学家通过天文观测发现，星星密布的银河系里看得见的天体（包括星星、尘埃和气体）的质量加起来还不到银河系的一半，而另一半质量不知去向。

那么，银河系失踪的质量到哪里去了呢
这就是为什么要探究暗物质的原因，没有人能说这些物质到哪里去了，于是人类开始寻找这种”消失的物质”
2.根据牛顿引力定律，星系团里的星系的运动是受引力控制
的，而引力的大小与运动星系到星系中心的距离，以及星系团的总质量直接相关。

茨威基对星系团里的星系的运动和它们到星系中心的距离进行测量，再运用计算引力的公式估计出了星系团的总质量。

之后，他又根据星系团里星系的数目（后发星系团里约有 1 万个星系）和总的光度对星系团的总质量进行估计。

他凉讶地发现：前一个质量竟然比后一个质量约大400倍！
前一个质量是根据星系团边缘星系的运动计算出来的，同牛顿引力定律有密切关系，由它计算出来的质量是整个星系团所有物质的质量总和；后一个质量是根据星系的数目和光度实测出来的，它代表所有观测到的星系的质量总和。

两种方法得出的结果不同，意味着它们中必定有一个是错的。

如果实测质量是正确的，那么星系团里的星系怎么能有足够的引力在轨道上快速运动呢？如果计算质量没有问题，那么它与观测的质量怎么会有400倍的差异呢？这就是天文学上著名的“质量失踪问题”。

茨威基认为，星系团里的质量并不是真正失踪了，一些我们看不见的物质为星系团里星系的快速旋转提供了充足的质量乃至引力。

“质量失踪问题”受到天体物理学家的广泛关注，开始认识到，宇宙中除了我们看得见的物质外，还有一些我们看不见的物质，也就是暗物质。

3.暗物质的定义：宇宙中存在一些不发光的物质，它们是黑的，不与电磁辐射起作用，所以人们无法看见它们。

这样的物质并不少见。

在太阳系里，除太阳以外，行星、小行星、流星和像月亮那样
的卫星以及彗星等都是不发光的物质。

在我们人类周围，不发光的物质也比比皆是。

这些物质不是暗物质，只是不发光，应该叫做“不发光的物质”
而现在，大多数科学家对暗物质的看法是，它非原子、非质子、非电子和非中子组成的，叫作非重子暗物质，宇宙中绝大多数物质都是这种非重子暗物质，它们不含原子，不通过电磁力同正常物质作用。

科学家推测，非重子暗物质是在大爆炸后约38万年的宇宙暴涨时期产生的，对早期宇宙元素的形成没有贡献，所以只能通过引力揭示它的存在。

难以发现的暗物质
所有的 MACHO 既不发光也不反射光线，任何照在它们“身”上的光线都将被吸收。

对于这样一些“黑”天体，我们又如何知道它们的存在呢？
微透镜在银河系暗物质研究中发挥了重要作用。

1993年，天文学家利用微透镜在银河系中观测到了 MACHO。

还有研究小组利用微透镜找到了许多 0 . 5 个太阳质量的 MACHO，其质量足以组成 20 ％的银河系暗物质量。

微透镜还否定了一个科学假设。

该假设认为，0 .
5 个太阳质量的 MACHO可能来自于白矮星或类似质量的红矮星。

由于这两种矮星不完全是黑的，能发射一些所以科学家运用“哈勃空间望远镜”对它们进行了研究。

结果表明，在银河系里，由白矮星和红矮星组成暗物质的可能性很小。

艰难的暗物质探测
2009年1月，美国科学家宣布，明尼苏达苏当地下实验室发现了一个高于背景 20%的信号，被认为是直接探测到的暗物质标记。

如果得到证实，将是第二个直接探测到的暗吻质事件。

间接探测指通过探测其他物理量来探测暗物质的方法。

前面所说的引力透镜就是一种间接探测，其他诸如测量“星系转动曲线”，确定“星系速度弥散度”，以及用光学、 X 射线和伽玛射线望远镜进行相应的探测，都属于间接探测范畴。

光学、 X 射线和伽玛射线望远镜也在暗物质探测中助了一臂之力。

在1999-2001年期间，天文学家将 I 亿像素的数码相机安装在夏威夷天文台的凯克望远镜上，对 150 多万个遥远星系被附近 12 万个星系引力透镜扭曲的形状进行了研究。

2006年，美国天文学家利用“钱德拉 x 射线望远镜”对星系团 IE 0657-56 进行观测时，无意间观测到星系碰撞的过程，碰撞非常猛烈，致使暗物质与正常物质分开。

这是科学家直接探测到暗物质存在的第一个例子最近 10 余年来，科学家开始发展新的暗物质观测方法，其中一种是测量 WIMP 的年调制效应。

由于地球环绕太阳公转，地球与 WIMP 的相对速度会随季节而变化，在每年6月份，地球可能通过较高的WIMP流强区，在 12 月份通过较低的 WIMP 流强区，涨落比会出现差异。

科学家认为，年度调制效应有望将 WIMI 信息从本底中剥离出来。

意大利格伦〃萨索国家实验室从1996年开始，利用放在 1400米深的地底下的碘化钠晶体阵列探测器进行测量（值得关注的是，我国也参加了这项实验）。

初步结果暗示，碘化钠晶体中原子核WIMP粒子的碰撞效
应的确出现了微小的季节性变化，科学家由此推算出WIMP粒子的质量至少比质子大 50倍。

这一探测引起了世界科学界的关注。

英国也在北约克郡海岸博尔比的 1100米深的地下盐钾碱矿中建立了英国暗物质实验中心，该中心已于2003 年4月 28 日正式启动。

参考文献
《暗物质》，《百度知道》，《CNN记事》，《中国科技》。