宇宙中的暗物质和暗能量
宇宙中的暗能量与暗物质分布
宇宙中的暗能量与暗物质分布宇宙是一个神秘而庞大的存在，在人们的探索中不断揭开它的秘密。
其中，暗能量与暗物质便是宇宙中最大的未解之谜之一。
暗能量与暗物质并非我们所熟悉的物质能量形态，它们的存在引起了科学家们极大的兴趣和愈发深入的研究。
首先，让我们来探讨一下暗物质的分布。
根据研究显示，宇宙中大约有27%的暗物质，其质量约是普通物质的五倍以上。
而暗物质的分布并非均匀的，而是具有一定的集中性。
观测结果表明，暗物质在宇宙中主要以团簇和网状结构的方式存在，形成了宇宙蜂窝状的密度分布。
这样的分布形态使得暗物质对于整个宇宙的结构形成起着重要的作用。
暗物质的引力作用使得普通物质聚集在一起，形成了星系、星系团等大型结构。
接下来，我们来谈谈暗能量的分布。
暗能量是一种理论上的概念，它被认为是推动宇宙加速膨胀的原因。
根据研究，大约有68%的宇宙是由暗能量构成的。
然而，科学家们对于暗能量的性质和分布了解甚少。
有一种假设是，暗能量是均匀的，随着宇宙的膨胀而保持不变。
这样的分布使得暗能量的影响在宇宙的大尺度上表现出来，推动了宇宙的加速膨胀。
但也有人提出了其他观点，认为暗能量可能并非均匀分布，而是存在着一定的局域性。
暗能量与暗物质的存在对于宇宙的演化有着深远的影响。
在宇宙诞生初期，暗物质的引力作用促进了普通物质的聚集，形成了星系等结构。
随着宇宙的不断膨胀，暗能量的负压效应逐渐增强，使得宇宙加速膨胀。
而暗物质和普通物质的相互作用，对宇宙的结构形成和演化产生了重要的影响。
然而，暗能量与暗物质的本质仍然是一个谜团。
科学家们正在开展各种实验和观测，希望能够揭开这个谜团。
例如，通过天文观测，科学家们试图寻找暗能量与暗物质的迹象和证据；通过粒子物理实验，他们希望能够探测到暗物质的性质。
这些工作必将对我们深入了解宇宙的本质提供重要的线索。
总之，宇宙中的暗能量与暗物质是宇宙起源和演化的重要组成部分。
暗物质以团簇和网状分布的形式存在，并通过引力作用影响宇宙的结构形成。
宇宙中的暗物质和暗能量
宇宙中的暗物质和暗能量在我们所熟知的宇宙中，暗物质和暗能量是两个神秘而又引人瞩目的概念。
它们是构成宇宙的重要组成部分，却又极其难以被观测和理解。
本文将探讨宇宙中的暗物质和暗能量，以及它们对宇宙演化的重要意义。
一、暗物质：宇宙中的隐形力量暗物质，顾名思义，是一种不发光、不与电磁波相互作用的物质。
在宇宙中，暗物质占据着绝大部分的比例，约占宇宙总质量的27%。
然而，我们却无法直接观测到暗物质，它宛如一个隐形的力量，只能通过间接的天文观测和理论推测来认识它的存在。
暗物质最重要的证据之一来自于星系旋转曲线的观测。
根据牛顿力学的理论，我们预期星系中的物体离开星系中心后速度会递减，但观测结果却显示了完全相反的情况。
星系的恒星和气体在远离中心的轨道上具有高速度，这表明星系中存在着额外的引力源。
暗物质被视为解释这种现象的最佳候选者，它通过引力相互作用影响着星系中的可见物质运动。
此外，宇宙微波背景辐射的研究也提供了暗物质存在的证据。
宇宙微波背景辐射是宇宙大爆炸后剩余下的热辐射，通过对其温度分布的观测研究，科学家们发现，只有假设存在暗物质，并通过暗物质的引力作用，我们才能解释宇宙背景辐射的密度涟漪分布。
暗物质的本质依然是一个谜，科学家们提出了一些理论模型来解释它的组成，如超对称理论和阿克西恩理论等。
然而，迄今为止，还没有观测实验能够直接揭示暗物质的本质。
对于暗物质的研究仍然是当前宇宙学的重要课题之一。
二、暗能量：加速膨胀的推动力暗能量是另一个神秘的存在，它是一种反重力效应的能量形式，可以推动宇宙的加速膨胀。
根据观测数据表明，暗能量占据了宇宙总质能的约68%，比暗物质还要更多。
暗能量的存在最早由对超新星爆发的观测研究得出，当大型星系团中的超新星爆发时，科学家们观测到远离中心的超新星亮度比预期要高，这可以解释为暗能量的推动效应，使得宇宙膨胀速度越来越快。
暗能量的性质和来源同样是一个谜。
一种被广泛接受的解释是，它是宇宙真空的一种属性，被称为“宇宙常数”。
宇宙的组成
宇宙的组成
宇宙的组成主要包括三种类型的物质和能量：普通物质、暗物质和暗能量。
普通物质：普通物质是我们能够直接观测到的物质，包括我们所熟知的恒星、行星、星系、星云等天体，以及构成它们的原子、分子等基本粒子。
普通物质主要由电子、质子、中子等粒子组成，占据了我们所能观测到的宇宙中的一小部分，约占宇宙总质量的5%。
暗物质：暗物质是一种无法直接观测到的物质，但通过其对周围物质的引力效应可以间接观测到。
暗物质不发光、不反射光线，不与普通物质相互作用，因此极难直接探测到。
然而，通过对星系旋转、星系团的运动等观测，科学家们推测暗物质占据了宇宙中约27%的质量密度。
暗能量：暗能量是一种未知的能量形式，被认为是引起宇宙膨胀加速的原因之一。
暗能量与暗物质一样，也是一种无法直接观测到的物质，但通过其对宇宙膨胀的影响可以间接观测到。
暗能量占据了宇宙中约68%的能量密度，是宇宙中主要的能量成分。
综上所述，宇宙的组成主要由普通物质、暗物质和暗能量组成，其中普通物质是我们能够直接观测到的物质，而暗物质和暗能量则是宇宙中神秘的成分，对于宇宙的演化和结构具有重要影响，但目前仍然充满了许多未解之谜。
1。
物理学中的暗物质与暗能量
物理学中的暗物质与暗能量暗物质与暗能量是物理学中一个极为重要的概念，也是关于宇宙存在的两个重要问题。
在人类对宇宙的探究中，我们了解到宇宙中只有大约5%的物质是可见的，剩下的95%是我们无法直接观测到的“暗物质”和“暗能量”。
那么，什么是暗物质和暗能量呢？它们为什么会在宇宙中存在？本文将为您详细解释相关的知识点。
一、什么是暗物质？暗物质指的是宇宙中一种不存在热电波辐射，无法被直接观测到的物质。
然而，它能够通过相互作用与可见物质组成宇宙的物质结构。
暗物质和可见物质的差别在于它们的组成物质不同：可见物质是由原子构成，而暗物质是由一些微弱粒子组成，这些粒子不与光子相互作用。
这也就是为什么我们无法直接观测到它们。
那么，为什么暗物质能够被推测出来呢？在爱因斯坦提出广义相对论之后，研究人员发现，行星的轨道和星系的运动与可见质量并不相符合。
也就是说，通过对星系运动的观测，我们知道了星系内除了可见物质之外，还有一些相当可观的物质质量存在，不断地影响星系的未来命运。
研究认为这些影响是由一些我们无法观测到的物质——暗物质引起的。
暗物质存在的证据还包括通过宇宙微波背景辐射的观测，研究者发现，在宇宙早期的膨胀中，暗物质扮演了很重要的角色。
二、什么是暗能量？与暗物质相对应的就是暗能量。
相对于暗物质而言，暗能量更加神秘、难以理解。
在物理学中，暗能量指的是导致现代宇宙加速膨胀的一种能量，这种能量占宇宙总体能量的近七成。
人类对暗能量的探究其实也可以追溯到20世纪初期爱因斯坦提出广义相对论之后。
当时爱因斯坦引入了一个问题：为什么宇宙不会收缩呢？此后许多学者认为，暗能量是爱因斯坦“宇宙常数”的一种形式，用于解释宇宙不断膨胀的情况。
但是，迄今为止，我们对这种能量仍不是完全理解，因此我们称之为暗能量。
三、暗物质和暗能量的差别所在虽然暗物质和暗能量都是我们不可见的能量，但它们在本质上是有所不同的。
暗物质是存在于宇宙中的大量的物质，这种物质只能用重力作用来推测它们的存在，但是它们的存在足够强大可以影响宇宙的演化方向。
天文学概念知识：宇宙学中的暗物质和暗能量的物理意义
天文学概念知识：宇宙学中的暗物质和暗能量的物理意义在宇宙学研究中，暗物质和暗能量是两个极其重要的概念。
它们对于我们理解宇宙的演化和结构都有着至关重要的意义。
本文将从物理意义和研究进展两个方面来探讨暗物质和暗能量的相关问题。
一、物理意义1.暗物质暗物质是宇宙中一种尚未被发现的物质，因其不与电磁波相互作用，所以不能被直接观测到。
目前，对于暗物质的存在、组成、性质等还存在很多未知的问题。
但通过对宇宙学和天体物理学的研究，我们可以借助间接观测的手段，来推测暗物质存在的证据。
暗物质的物理意义，在于它对宇宙的形成和演化起到了重要的作用。
宇宙的加速膨胀、星系的旋转速度、星系团的质量、宇宙微波背景辐射等现象，都表明暗物质存在，并且它是构成宇宙90%以上物质的主要组成部分。
只有理解暗物质，我们才能更好地研究宇宙的结构和演化，推理宇宙的结构演化史和未来的发展方向。
2.暗能量暗能量是宇宙中一种压强为负的能量形式，它的存在使得宇宙加速膨胀。
相比之下，普通的物质（如可见星系中的星体、尘埃和气体等）和辐射（如宇宙射线、X射线、光、微波辐射等）对宇宙的加速膨胀都是起减速作用的。
目前，对于暗能量的本质还没有达成共识，它的产生和由何种粒子、能级等组成依然存在着很多科学家的争议。
暗能量的物理意义，在于它对宇宙学研究及宇宙的演化方向产生了重大影响。
它是宇宙演化的基础性驱动力，改变了宇宙膨胀的性质，推动了未来的宇宙演化，影响了宇宙的总体结构。
加速膨胀的宇宙具有不同于减速膨胀（或收缩）宇宙的性质，这意味着对于宇宙与普遍理论的关系、物理规律的变化和宇宙结构的表现等都带着新的挑战和机遇。
二、研究进展1.暗物质经过几十年的研究，暗物质的存在已经被普遍接受，并在很多宇宙学理论和模型中被广泛应用。
但暗物质的本质至今仍然未被确认。
目前，关于暗物质性质的研究主要有两种思路：一是探测暗物质的粒子性质（暗物质粒子研究），二是通过观察宇宙的结构和演化，对暗物质的性质做出推测（宇宙学研究）。
暗物质与暗能量
暗物质与暗能量什么是暗物质暗物质（Dark Matter）是一种比电子和光子还要小的物质，不带电荷，不与电子发生干扰，能够穿越电磁波和引力场，是宇宙的重要组成部分。
暗物质的密度非常小，但是数量非常庞大。
自从牛顿发现了万有引力定律以来, 人们就一直尝试用引力理论来解释各种天体的运动规律, 在这个过程中, “暗物质”的概念很早就已经形成了。
现代意义下的暗物质概念是瑞士天文学家家弗里兹·兹威基（Fritz Zwicky）早在1933 年研究后发星系团中星系运动的速度弥散时就提出来了。
他根据所测得的星系速度弥散并应用维理定理得到了后发星系团的质光比, 发现其比太阳的质光比要大400 倍左右。
1934 年，他在研究星系团中星系的轨道速度时，为了解释“缺失的物质”问题而正式提出了暗物质的概念．但当时并没引起太多的关注，直到40 年后，人们在研究星系中恒星的运动时遇到类似的困难: 人们发现如果仅考虑可见( 发光) 物体彼此之间的相互吸引力，那么各式各样的发光天体( 包括恒星、恒星团、气状星云，或整个星系) 运动的速度要比人们预想的快一些。
暗物质存在最直接的证据来自于漩涡星系旋转曲线的测量。
通常测量的旋转曲线在距离星系中心很远的地方会变平, 并且一直延伸到可见的星系盘边缘以外很远的地方都不会下降。
如果没有暗物质存在, 很容易得到在距离很远的地方旋转速度会随距离下降: v(r)= GM(r)! r ∝1!r因此, 平坦的旋转曲线就意味着星系中包含了更多的物质。
2003 年，Wilkinson 微波背景各向异性探测( WMAP) 、Sloan数字巡天( SDSS) 和最近的超新星( SN) 等天文观测以其对宇宙学参数的精确测量，进一步有力地证实了暗物质的存在．这在人类探索宇宙奥秘和物质基本结构的道路上无疑是一个光辉的成就．最新数据显示，在宇宙能量构成中，暗能量占72%，暗物质占23%，重子类物质只占了5%左右．暗物质的探测暗物质的探测可以分为如下3 种方法。
宇宙学中的暗物质与暗能量
宇宙学中的暗物质与暗能量宇宙学是一门研究宇宙的起源、演化和结构的学科，它涉及到诸如宇宙的扩张和加速、星系和星系团的形成和发展、宇宙的大尺度结构、宇宙微波背景辐射等方面。
在宇宙学的研究中，暗物质和暗能量是非常重要的概念。
它们无形无色，却在宇宙的演化中扮演着至关重要的角色。
一、暗物质暗物质是指一种不与光发生相互作用的物质，因此无法直接观测到。
然而，通过引力作用可以探测到暗物质的存在。
宇宙学家研究星系和星系团的旋转速度、星系和星系团之间的引力透镜效应、宇宙微波背景辐射等现象，发现它们都无法被光学和电磁波天文观测所解释，仅有暗物质的存在才能解释这些现象。
暗物质的质量大约占宇宙总质量的27%，与可观测的物质比例相当。
这意味着，我们目前只能看到宇宙的约5%，剩下的95%都是暗物质和暗能量。
暗物质的具体组成至今仍不清楚，但天文学家提出了一些假说。
其中一个假说是暗物质由一种尚未被发现的粒子组成，称为WIMP（Weakly Interacting Massive Particles），它不参与强相互作用和电磁相互作用，但参与弱相互作用，如Z玻色子和中微子。
WIMP假说是目前最有说服力的假说之一，科学家正在进行相关实验进行探测。
二、暗能量暗能量是指一种未知的、占据宇宙总能量的约68%的能量，它的存在也是通过宇宙学的研究证实的。
暗能量被认为是引起宇宙加速膨胀的物质，与暗物质的引力作用相反，暗能量会加速宇宙的膨胀，让宇宙的膨胀速度越来越快。
暗能量的性质同样不为人所知，但由于它的存在是为了解释宇宙大规模结构的演化，因此它可能是一种能够填满整个宇宙的场。
暗能量的最具代表性的模型被称为ΛCDM模型，其中Λ表示宇宙学常数，CDM表示冷暗物质。
这个模型可以非常好地解释宇宙的性质，但它的一些基本概念，比如宇宙学常数和暗能量的物理本质，目前仍未得到深刻的理解和解释。
三、研究进展宇宙学中的暗物质和暗能量是极为重要的研究领域，比如暗物质的探测、暗能量的本质等问题都是目前宇宙学中研究的热点。
暗物质与暗能量
暗物质与暗能量导言：暗物质与暗能量是当今天文学领域中备受关注的热门话题。
它们是构成宇宙的重要组成部分，能够影响到宇宙的演化和结构形成。
本文将深入探讨暗物质与暗能量的概念、性质以及它们对宇宙演化的影响。
一、暗物质的概念与性质1.1 暗物质的定义暗物质是一种无法直接探测到的物质形式，不与电磁辐射相互作用，因此无法在实验室中观测到。
然而，通过对天体运动的观测和宇宙背景辐射的分析，科学家们认为暗物质存在于宇宙中，占据着巨大的比例。
1.2 暗物质的组成目前，科学家还不清楚暗物质的确切组成。
理论上，暗物质可能由一种或多种新型粒子组成，这些粒子与我们熟知的基本粒子不同。
暗物质粒子所具有的性质，仍是科学探索的课题。
1.3 暗物质的重要性虽然暗物质不直接与电磁辐射相互作用，但它通过引力与其他物质相互作用，对宇宙的演化产生了巨大的影响。
暗物质的引力作用维持着星系的稳定、决定了星系的形态结构，并在宇宙大尺度结构的形成过程中发挥重要作用。
二、暗能量的概念与性质2.1 暗能量的定义暗能量是一种解释宇宙加速膨胀现象的假设能量。
它是存在于宇宙各处的均匀能量场，填满了整个宇宙空间。
2.2 暗能量的特点暗能量具有负压力，这种压力表现为负的引力效应，使得宇宙膨胀加速。
暗能量的密度是恒定的，因此随着宇宙的膨胀，暗能量会不断增加。
2.3 暗能量的研究意义暗能量的存在及其引起的宇宙加速膨胀现象仍然是科学难题。
科学家们希望通过深入研究暗能量的性质，揭示宇宙的演化规律，推动宇宙学理论的发展。
三、暗物质与暗能量的关系与影响3.1 暗物质与暗能量的对比虽然暗物质与暗能量都是宇宙中未知的成分，但它们在多个方面存在显著差异。
暗物质通过引力影响星系尺度结构的演化，而暗能量则主要影响宇宙的整体膨胀。
3.2 暗物质与暗能量的共同作用虽然暗物质与暗能量的性质不同，但它们的作用共同影响着宇宙的演化：暗物质的引力凝聚了可观测物质和星系结构，而暗能量则促使宇宙膨胀加速。
暗能量和暗物质的区别是什么
暗能量和暗物质的区别是什么很多人会认为暗能量和暗物质是一样的。
它们是同一个意思，其实不是的。
那么暗能量和暗物质的区别是什么呢?暗能量和暗物质有区别暗能量是暗物质所产生的一种力(能量)，(就像地球、引力一样，)。
暗能量和暗物质是一种不可见的、能推动宇宙运动的能量，宇宙中所有的恒星和行星的运动皆是由暗能量与万有引力来推动的。
根据"普朗克"探测器收集的数据，科学家对宇宙的组成部分有了新的认识，宇宙中普通物质和暗物质的比例高于此前假设(30%)，而暗能量这股被认为是导致宇宙加速膨胀的神秘力量则比想象中少，占68.3%。
暗能量是宇宙学研究的一个里程碑性的重大成果。
支持暗能量的主要证据有两个。
一是对遥远的超新星所进行的大量观测表明，宇宙在加速膨胀。
按照爱因斯坦引力场方程，加速膨胀的现象推论出宇宙中存在着压强为负的"暗能量"。
暗物质(Dark Matter)是一种比电子和光子还要小的物质，不带电荷，不与电子发生干扰，能够穿越电磁波和引力场，是宇宙的重要组成部分。
暗物质的密度非常小，但是数量庞大，因此它的总质量很大，它们代表了宇宙中84.5%的物质含量，其中人类可见的只占宇宙总物质量的10%不到(约5%)。
暗物质无法直接观测得到，但它能干扰星体发出的光波或引力，其存在能被明显地感受到。
暗物质存在的最早证据来源于对球状星系旋转速度的观测。
现代天文学通过引力透镜、宇宙中大尺度结构形成、天文观测和膨胀宇宙论研究表明:宇宙的密度可能由约70%的暗能量，5%的发光和不发光物体，5%的热暗物质和20%的冷暗物质组成。
介绍暗能量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。
暗物质暗物质(Dark Matter)是一种因存在现有理论无法解释的现象而假想出的物质，比电子和光子还要小的物质，不带电荷，不与电子发生干扰，能够穿越电磁波和引力场，是宇宙的重要组成部分。
宇宙中的暗物质与暗能量
宇宙中的暗物质与暗能量宇宙是我们所处的广袤空间，其中包含着无数的恒星、行星和星系。
然而，我们也知道，宇宙中的物质并不仅仅是我们能直接观测到的可见物质，还存在着一种神秘的成分，被称为暗物质和暗能量。
在本文中，我们将探讨宇宙中的暗物质和暗能量的特性和作用。
一、暗物质暗物质是构成宇宙的重要组成部分，它是一种不能直接观测到的物质。
然而，通过宇宙学和天文观测，科学家们推测出宇宙中大约有27%的暗物质。
1. 特性暗物质具有一些独特的特性。
首先，暗物质不与电磁辐射发生相互作用，因此无法通过光学或电磁波观测到。
其次，暗物质对重力非常敏感，它会通过引力影响可见物质的运动轨迹。
2. 作用尽管无法直接观测到，暗物质在宇宙中发挥着重要的作用。
首先，暗物质对星系和星系团的形成和演化起着关键作用。
它的引力作用使得星系聚集在一起，形成庞大的星系团。
其次，暗物质还对宇宙的大尺度结构起到了重要的影响，它通过引力促使宇宙中的物质在空间上形成网状结构。
二、暗能量暗能量是宇宙中另一个神秘的成分，约占据宇宙总能量的68%。
暗能量是一种具有负压力的能量，它的存在和性质仍然不完全清楚。
1. 特性暗能量的特性使得科学家们对其产生了浓厚的兴趣和探索。
暗能量与暗物质不同，它不具备质量和体积，可以填满整个宇宙空间。
同时，暗能量还表现出负压力，这种压力可以抵消引力，推动宇宙的加速膨胀。
2. 作用对于暗能量的作用，科学家们目前仍在不断研究和推测。
暗能量推动着宇宙的加速膨胀，它对于宇宙的演化具有决定性作用。
随着时间的推移，宇宙的膨胀速度越来越快，这是暗能量作用的结果。
三、暗物质与暗能量的关系暗物质和暗能量虽然是两种不同的成分，但它们在宇宙演化过程中相互作用。
暗物质通过引力影响到可见物质，进而影响到宇宙的演化。
而暗能量则通过加速膨胀的作用扩大了宇宙的规模。
科学家们提出了一种被称为ΛCDM模型的宇宙学标准模型，其中Λ指代暗能量。
根据这个模型，宇宙大约由27%的暗物质和68%的暗能量组成，而可见物质仅占剩余的5%。
宇宙中的暗物质和暗能量研究进展
宇宙中的暗物质和暗能量研究进展宇宙中的暗物质和暗能量自上世纪末被科学家提出以来，一直是天文学研究的一个热点。
暗物质和暗能量并非观测到的物质和能量，而是一种只有通过我们间接观测得到的存在。
目前，在宇宙学和天文学界，暗物质和暗能量的存在已经被广泛认可。
本文将探讨宇宙中暗物质和暗能量的研究进展。
一、什么是暗物质和暗能量暗物质和暗能量是宇宙学领域中最重要的两个未解之谜。
暗物质用来解释银河系等宇宙结构的形成和稳定性，而暗能量则用来解释宇宙膨胀的加速。
暗物质和暗能量是一种只有通过我们间接观测得到的存在，不能直接看到，但它们确实存在。
暗物质是指不与光子相互作用的物质，无法反射、吸收和发射光线。
它不会发射电磁波，也不会散发热量。
然而，我们可以通过物质引力对其他物体施加作用来观测和推测它的存在。
暗物质占据了宇宙物质总量的大约4/5，但这部分物质却不发光。
关于暗物质的重要性，人们一直在探讨，可以认为没有暗物质，也没有我们当前观测得到的宇宙。
暗能量也是一个未知的能量形式。
2011年，诺贝尔物理学奖颁给了贡萨雷斯-德拉斯卡达和斯契莱弗，以表彰他们对于暗能量研究的贡献。
暗能量是推动宇宙膨胀的一个假想能量形式。
暗能量占据了宇宙总能量的约70%。
二、暗物质的研究现状对于暗物质的研究，科学界进行了多种探测和观测方式，例如天体物理学、宇宙学、粒子物理学等。
其中一些重要的观测和探测手段包括：1. 引力透镜：暗物质会导致弯曲和扭曲光线的路径，从而产生引力透镜效应。
通过观测到这些效应，我们可以间接地测量暗物质含量。
2. 真空泡：在暗物质存在的情况下，宇宙中形成结构的速度应该比没有暗物质快，因为暗物质的存在会加速结构的形成。
真空泡就是利用这个特性探测暗物质。
3. 暗物质搜索实验：目前已经有多项关于粒子暗物质的搜索实验正在进行，包括在地下和深空中。
4. 暗物质颗粒检测：在实验中，科学家们寻找暗物质颗粒与常规物质相互作用的痕迹。
许多实验都致力于寻找这些痕迹。
粒子物理学中的暗能量与暗物质的关系
粒子物理学中的暗能量与暗物质的关系暗能量和暗物质是粒子物理学中两个重要的概念。
虽然它们在我们日常生活中无法被直接观测到，但它们却在宇宙中扮演着关键角色。
本文将探讨暗能量和暗物质之间的关系。
1. 暗能量的概念与作用在解释宇宙膨胀的加速过程时，科学家引入了暗能量的概念。
暗能量被认为是一种特殊的形式的能量，它具有负压力，可以推动宇宙的加速膨胀。
虽然我们无法直接观测到暗能量，但通过对宇宙微波背景辐射的观测及其他实验证据的分析，科学家们得出了关于其存在的结论。
2. 暗物质的概念与特性暗物质是一种在宇宙中广泛存在的物质，但由于其不参与电磁相互作用，因此无法被直接探测到。
科学家们通过观测星系运动、宇宙微波背景辐射等手段得出了暗物质存在的结论。
暗物质对于构成宇宙的大型结构起到着重要的作用，因为它对物质的引力相互作用影响着星系团的形成和发展。
3. 暗能量和暗物质的关系暗能量和暗物质在宇宙学中起着不可忽视的作用，并且相互关联。
暗能量推动着宇宙的加速膨胀，而暗物质则通过引力影响宇宙的演化。
暗物质的存在可以解释宇宙的结构形成，而暗能量则能够解释观测到的宇宙加速膨胀现象。
虽然暗能量和暗物质在性质上存在差异，但它们共同作用于宇宙的演化过程。
4. 目前的研究进展与未来展望对于暗能量和暗物质的研究仍然是粒子物理学和天体物理学领域的重要热点。
科学家们利用大型探测器和卫星等设备进行观测和实验，试图更深入地了解暗能量和暗物质的本质。
未来的研究可能涉及到对暗能量和暗物质性质的精确测量以及它们与其他物质和能量的相互作用。
总结：在粒子物理学中，暗能量和暗物质是两个重要的概念，它们在解释宇宙演化和结构形成方面起着关键作用。
虽然暗能量和暗物质在性质上存在差异，但它们共同塑造了宇宙的面貌。
随着科学技术的发展，对于暗能量和暗物质的研究将进一步深入，为我们揭示宇宙的奥秘提供更多线索。
宇宙中的暗物质和暗能量
宇宙中的暗物质和暗能量宇宙是由物质和能量构成的，但除此之外，我们还会听到一些特殊的物质和能量——暗物质和暗能量。
这两种物质和能量在宇宙中占据着重要的位置，下面一起来了解一下。
一、什么是暗物质？暗物质是宇宙中一种神秘的物质，它不发射电磁波，因此无法直接被观测到。
但是，基于星系和宇宙大尺度结构的引力模型，我们发现在现有的可见物质中计算不出这些结构的形成和运动，因此科学家们根据质量计算它们应该存在着另一种新的物质，这就是暗物质。
暗物质的质量与可见物质相比非常重要，它约占宇宙总物质的五分之四。
对于这种神秘的物质，科学家们目前还无法给出令人信服的完整解释，但研究人员们已经提出了一些猜测：暗物质可能是由一种新的基本粒子组成的，我们称这种粒子为WIMP（弱相互作用巨大粒子），也有科学家提出暗物质为一种具有超强交互力的粒子。
尽管暗物质至今还未被直接探测到，但其在宇宙学中的作用被广泛认可和加以研究。
暗物质的存在解释了宇宙大尺度结构的演化过程，也有助于研究宇宙学中的重大问题，例如暗物质的起源和宇宙膨胀加速的原因等。
二、什么是暗能量？暗能量，同样是宇宙学中神秘的概念，是指一种理论上存在的能量，它具有能够产生引力的作用，但与我们所熟知的电磁波和引力场完全不同。
暗能量的存在证据与暗物质相同，是通过一系列宇宙观测和模拟分析发现的。
暗能量的密度在目前宇宙中占据了总能量的70%以上，是控制宇宙最近期加速膨胀的主导因素之一。
它的存在对宇宙学的理解起着至关重要的作用。
对于暗能量的出现，科学家们提出了一种称为“余辉场”的假说，它认为暗能量是一种具有均匀恒定密度的能量场，和真空能差不多，而它通过产生反重力的作用来推动宇宙膨胀。
此外，也有一些学者提出了其他的假说，例如，暗能量可视为存在于时空中的真空,它的质量非常小, 但势能和可观测宇宙区域中的势能相对的比例却非常大。
三、暗物质与暗能量的相互作用科学家们认为暗物质和暗能量在宇宙的演化中都扮演了重要的角色，但它们之间的关系目前还不能准确确认。
暗物质与暗能量霍金的宇宙之谜
暗物质与暗能量霍金的宇宙之谜暗物质与暗能量：霍金的宇宙之谜宇宙是一个广袤而神秘的领域，自从霍金提出暗物质与暗能量存在的理论，对于我们理解宇宙的本质带来了新的挑战和思考。
本文将探讨暗物质与暗能量的概念、性质以及对于宇宙演化的影响。
一、暗物质的概念与性质暗物质，顾名思义，是无法被直接观测到的物质形态。
它不发光、不散发电磁波，与常规物质的相互作用较弱。
然而，通过对宇宙中星系运动、引力透镜效应等的观测，科学家们得出了暗物质存在的推测。
暗物质的存在对于解释星系旋转速度问题、形成大尺度结构等现象有着重要意义。
根据天体物理学理论，暗物质构成了宇宙中约27%的能量密度，远远超过了我们能观测到的可见物质贡献。
然而，对于暗物质的具体组成，至今仍是一个悬而未决的问题。
鉴于我们无法直接探测到暗物质，科学家们提出了多种暗物质候选粒子理论，如WIMP（弱相互作用巨大粒子）、轻子暗物质等。
但迄今为止，仍未有确凿的证据来证明这些理论是否正确。
二、暗能量的概念与性质暗能量，是另一个谜团，它是一种反重力的能量形态。
根据天文观测数据，暗能量构成了宇宙能量密度的约68%。
暗能量通过使宇宙膨胀加速，驱使星系远离彼此。
霍金对于暗能量提出了许多猜想，他认为暗能量可能是真空中的虚拟粒子对所产生的能量。
这一猜想若成立，将对宇宙学有着深远影响。
然而，暗能量的本质仍然是一个谜团，待科学家们继续努力解开。
三、暗物质与暗能量对宇宙演化的影响暗物质与暗能量是探索宇宙大尺度结构演化及加速膨胀的重要因素。
暗物质的引力作用使得可见物质聚集形成星系、星系团等大尺度结构，而暗能量的反重力作用则推动着宇宙的加速膨胀。
暗物质与暗能量对于宇宙的演化产生了巨大影响，尤其在宇宙形成初期，暗物质的存在导致原初密度扰动能够形成更大的结构。
暗能量的加速膨胀作用使得宇宙的扩展速度逐渐增大，逐渐远离彼此的星系将越来越遥远。
然而，关于暗物质与暗能量的进一步探索，还需要更多精密的观测和实验来提供证据。
暗物质与暗能量
暗物质与暗能量什么是暗物质暗物质（Dark Matter）是一种比电子和光子还要小的物质，不带电荷，不与电子发生干扰，能够穿越电磁波和引力场，是宇宙的重要组成部分。
暗物质的密度非常小，但是数量庞大，因此它的总质量很大，它们代表了宇宙中26%的物质含量，其中人类可见的只占宇宙总物质量的5%不到（约4.9%）。
暗物质无法直接观测得到，但它能干扰星体发出的光波或引力，其存在能被明显地感受到。
暗物质的发现大约65年前，第一次发现了暗物质存在的证据。
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。
最直观的证据是旋涡星系的旋转曲线。
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。
“观测”暗物质的手段观测暗物质的手段主要有，引力透镜法，旋涡星系的旋转曲线，星系中的恒星或星系团中的星系的速度弥散，星系团（及椭圆星系）的X射线气体的流体静力学平衡方法，星系团的苏尼亚耶夫-泽尔多维奇效应等等。
直接探测间接探测WIMP。
WIMP偶尔会撞上一个原子核。
这一碰撞会散射原子核，进而使之和周围的原子核发生碰撞。
由此科学家可以探测到这些相互作用所释放出的热量和闪光。
对于暗物质的直接探测实验一般都这设置于地底深处，以排除宇宙射线的背景噪声。
这类的实验室包括美国的Soudan mine和DUSE、加拿大的SNOLAB地下实验室、意大利的大萨索国家实验室(Gran Sasso National Laboratory)以及英国的Boulby mine。
间接探测暗物质的间接探测主要是观测其两两湮灭时所产生的讯号。
由于其湮灭所产生的粒子与其暗物质的模型有关，有许多种类的实验被提出。
假使暗物质是马约拉那粒子，则两个暗物质对撞会湮灭产生伽马射线或正负粒子对。
如此可能会在星系晕生成大量伽马射线、反质子和正电子。
宇宙中的暗物质与暗能量之谜
宇宙中的暗物质与暗能量之谜宇宙是一个广阔而神秘的存在，我们对它的认识仍然只是冰山一角。
在探索宇宙的过程中，科学家们发现了一些令人困惑的现象，其中最引人注目的就是暗物质和暗能量。
这两个概念在物理学中扮演着重要的角色，但它们的本质却仍然是未知的。
本文将深入探讨宇宙中的暗物质和暗能量之谜。
暗物质：存在却无法观测暗物质的发现暗物质最早是由天文学家通过观测星系旋转曲线而提出的。
根据牛顿力学，星系中的物质应该越靠近中心旋转得越快，但实际观测到的旋转曲线却与理论预期不符。
为了解释这一现象，科学家们提出了暗物质的概念，认为存在一种无法直接观测到的物质，它通过引力影响星系的运动。
暗物质的性质尽管暗物质无法直接观测到，但科学家们通过间接的观测和理论推导，对其性质有了一些了解。
暗物质被认为是一种不参与电磁相互作用的物质，因此无法与光相互作用。
它不仅存在于星系中，还分布在整个宇宙中。
根据目前的研究，暗物质占据了宇宙总质量的约27%，远远超过我们所熟知的可见物质。
暗物质的研究方法由于无法直接观测到暗物质，科学家们采用了多种方法来研究它。
其中一种方法是通过观测星系碰撞或者星系团的形成和演化过程来推断暗物质的存在。
另一种方法是利用粒子加速器进行实验，希望能够探测到与暗物质相互作用的粒子。
暗能量：推动宇宙加速膨胀的力量暗能量的发现暗能量最早是由天文学家通过观测宇宙膨胀速度加快而提出的。
根据爱因斯坦的广义相对论，宇宙的膨胀速度应该是减缓的，但实际观测到的数据却显示宇宙的膨胀速度在加快。
为了解释这一现象，科学家们提出了暗能量的概念，认为存在一种未知的能量形式，它推动着宇宙的加速膨胀。
暗能量的性质暗能量的性质同样是一个谜。
根据观测数据，暗能量占据了宇宙总能量的约68%，远远超过暗物质和可见物质。
暗能量被认为是一种均匀且恒定的能量密度，具有负压力。
这种负压力可以产生斥力，从而推动宇宙的加速膨胀。
暗能量的研究方法由于暗能量无法直接观测到，科学家们主要通过观测宇宙微波背景辐射、大尺度结构和超新星爆发等现象来研究暗能量。
探寻宇宙边界：暗物质和暗能量的宇宙学意义
探寻宇宙边界：暗物质和暗能量的宇宙学意义宇宙是一个充满未知的奥秘的地方，而暗物质和暗能量则是其中两个最大的谜团之一。
在我们的宇宙中，约有27%的暗物质和68%的暗能量，但我们对它们的本质和性质知之甚少。
这两者是探索宇宙的边界和未来发展的关键问题之一。
本文将解析暗物质和暗能量的宇宙学意义，并介绍我们目前对它们的认识和最新研究进展。
暗物质：宇宙中的隐秘力量暗物质的发现历程暗物质最早是由瑞士天文学家弗里茨·齐威基斯于1933年提出的，当时他通过研究银河系中恒星运动的速度，发现存在一个大量未知物质的重力场，从而得出宇宙中存在着一种不发光、不与电磁波相互作用的物质。
后续的观测数据和研究表明，暗物质的存在可以解释由星系和星系团的运动状态、宇宙微波背景辐射等观测数据和宇宙学模型的矛盾之处。
暗物质的性质和作用暗物质是一种与我们所熟知的普通物质（如原子、分子）不同的物质，无法通过电磁波与之相互作用。
根据科学家的推测，暗物质可能由一种或多种粒子组成，其中最有可能的候选者是一种名为“WIMP”（Weakly Interacting Massive Particle）的虚拟粒子。
虽然暗物质不具备与电磁波的相互作用，但它通过引力对可见物质产生影响，使得星系和星系团能够保持稳定的结构。
暗物质的引力效应还可以通过对宇宙微波背景辐射的影响来间接观测到。
对宇宙学的意义和挑战暗物质在宇宙学中扮演了重要的角色，它对宇宙结构的形成和演化产生了巨大影响。
暗物质密度的分布影响了宇宙的大尺度结构，如星系的形成、星系团的演化等。
研究暗物质的性质和分布可以帮助我们更好地理解宇宙的演化历史和结构形成的机制。
然而，暗物质的本质仍然是一个谜团。
科学家通过多种方法进行暗物质的探测，如宇宙射线观测、高能粒子实验、地下探测器等，但迄今为止还没有直接探测到暗物质的粒子。
暗物质的研究面临许多挑战，如如何建立更好的探测方法和寻找新的探测手段等。
暗能量：加速膨胀的驱动力暗能量的发现历程暗能量是在20世纪90年代被观测发现的新物质，它是一种负压力或者反重力的物质，对宇宙膨胀起到了加速的作用。
宇宙物理学中暗物质、暗能量、黑洞等概念及实际应用
宇宙物理学中暗物质、暗能量、黑洞等概念及实际应用宇宙物理学是研究宇宙的结构、演化、性质和宇宙中各种物质组成的学科。
在宇宙物理学中，暗物质、暗能量和黑洞是三个重要的概念，它们对于我们的宇宙理解和实际应用具有重要意义。
一、暗物质1.1 暗物质的定义暗物质是一种不发光、不吸光的物质，它不会以电磁波的形式与普通物质发生相互作用。
然而，暗物质对宇宙的结构和演化起着至关重要的作用，它通过引力效应影响宇宙中的普通物质。
1.2 暗物质的存在证据暗物质的存在主要通过观测宇宙中的一些现象来推断。
例如，旋转曲线、星系团的引力透镜效应、宇宙微波背景辐射的功率谱等。
这些观测结果显示，宇宙中的普通物质只占到了总物质的一小部分，而暗物质占据了绝大部分。
1.3 暗物质的理论模型目前，对暗物质的理论模型主要包括粒子物理学的标准模型和宇宙学的冷暗物质模型。
标准模型提出了暗物质可能是由弱相互作用大质量粒子（WIMPs）组成的，而冷暗物质模型则认为暗物质是由非热粒子组成的，这些粒子在早期宇宙中通过非热过程产生。
二、暗能量2.1 暗能量的定义暗能量是一种充盈于宇宙空间的能量形式，它对宇宙的加速膨胀起着关键作用。
与暗物质不同，暗能量与普通物质之间不存在直接的相互作用。
2.2 暗能量的存在证据暗能量的存在主要是通过观测宇宙的加速膨胀来推断的。
例如，通过观测遥远的Ia型超新星、宇宙微波背景辐射的功率谱以及大尺度结构的分布等，科学家们发现了宇宙加速膨胀的现象，并将其归因于暗能量的作用。
2.3 暗能量的理论模型目前，对暗能量的理论模型主要包括宇宙学的常数模型和动态模型。
常数模型认为暗能量是一种具有负压强、能量密度恒定的能量形式，而动态模型则认为暗能量的能量密度会随着宇宙的演化而变化。
三、黑洞3.1 黑洞的定义黑洞是一种具有极端引力场的天体，它的引力场强大到连光线都无法逃逸。
黑洞的存在是由爱因斯坦的广义相对论预言的，并且在过去的几十年里得到了观测证实。
宇宙中的暗物质与暗能量是什么
宇宙中的暗物质与暗能量是什么宇宙，是我们所生活的广阔无垠的宇宙空间。
而这个宇宙，正在经历着一场神秘莫测的变化。
科学家们通过观测和研究发现，宇宙中存在着两种神秘的成分：暗物质和暗能量。
本文将探讨宇宙中的暗物质和暗能量是什么。
一、暗物质暗物质，顾名思义，是一种在我们当前物理学模型中无法直接观测到的物质形态。
然而，通过我们观测到的可见物质（如星系、星云等）的运动状态，以及宇宙背景辐射的测量，科学家们发现了暗物质的存在。
在宇宙中，暗物质以不同于普通物质的方式影响着天体的运动。
普通物质通过引力相互作用，而暗物质则通过引力的方式与普通物质和自身相互作用。
这种作用在宇宙的大尺度结构形成和星系旋转曲线的观测中得到了证实。
暗物质的组成仍然是一个谜团。
根据目前的理论和实验结果，暗物质可能由一种或多种新型粒子构成，与我们目前所了解的粒子（如电子、质子等）存在着本质的区别。
然而，对于这种新型粒子的性质，科学家们仍然无法给出确切的答案。
暗物质的存在与性质，对于我们理解宇宙的演化和结构形成具有重要的意义。
二、暗能量与暗物质相伴而生的是暗能量，也是一种摄人心魄的存在。
暗能量被认为是推动宇宙加速膨胀的力量。
最早的关于宇宙膨胀的观测是基于超新星爆发光度的测量，而后的研究发现了更多证据支持宇宙膨胀的概念。
暗能量具有负压，与普通物质和辐射相比，其压强为负值。
这种负压强驱使着宇宙膨胀加速进行。
在整个宇宙演化中，暗能量的贡献越来越大，成为主导宇宙膨胀的因素。
暗能量的本质也是一个未解之谜。
目前，科学家们提出了许多关于暗能量的理论，如伦敦哈勃常数、夸克和轴子等超对称粒子。
然而，这些理论都还没有得到令人信服的实验证据，因此仍然需要更多的研究和观测才能揭示暗能量的真正面貌。
三、宇宙的未来在理解宇宙中的暗物质和暗能量的基础上，我们可以展望宇宙的未来。
根据目前的观测和理论模型，科学家们认为暗物质和暗能量将继续主导宇宙的演化。
暗物质通过引力的作用，将继续塑造星系和星系团的结构，并影响宇宙的大尺度分布。
暗物质与暗能量简介
暗物质与暗能量简介在我们的宇宙中，存在着许多神秘的组成部分，其中最为人熟知的就是普通物质，即我们可以直接观察和感知的星星、行星以及气体等。
然而，科学家们近年来发现，我们所熟悉的普通物质只占据了宇宙中物质总量的一小部分。
相反，约95%的宇宙物质由两种神秘的成分组成：暗物质和暗能量。
理解它们的特性，对于揭示宇宙的秘密和未来的发展方向有着重要意义。
暗物质概念与特征暗物质是一种不可见的物质，它不会发出、吸收或反射任何电磁辐射，因此无法通过现有的望远镜直接观察到。
尽管如此，科学家们通过其对可见物质的引力影响推断出暗物质的存在。
暗物质占据了宇宙总质量的约27%，而普通物质仅占5%。
剩余68%则被暗能量填补。
暗物质的一些关键特征包括：无辐射性：暗物质与普通物质不同，不容易以光波或其他形式的电磁辐射释放能量。
引力作用：虽然不可见，暗物质仍然能通过引力影响周围的星系和星际气体的运动。
例如，通过研究星系旋转速度与其可见质量之间的不一致性，科学家们了解到存在大量未被观察到的暗物质。
超级大质量：相比于普通物质，暗物质可能以一种更为集中的形式存在，例如在星系中心附近，形成所谓的大质量暗物质晕。
暗物质的证据尽管我们无法直接探测到暗物质，科学家们通过多个证据强烈支持其存在。
星系旋转曲线：根据牛顿定律，我们可以预测一个星系中行星运动的速度。
然而，在实际观测中，外缘星系产生了意想不到的快速度，这表明该区域周围还有大量未被探测到的质量，即暗物质。
引力透镜效应：当光线通过一个大质量天体（如星系）时，它会发生弯曲，这一现象被称为引力透镜效应。
通过研究光线弯曲后呈现出的图像形状和强度，科学家能够推导出存在于该区域的暗物质分布。
大尺度结构形成：宇宙大爆炸理论告诉我们，宇宙是从一个高温高密度状态开始扩展并冷却下来的。
在这样的过程中，暗物质作为“胶水”在引导可见物质凝聚形成大尺度结构，例如星系团和超星系簇。
暗物质的候选者由于无法直接观测，科学家们提出了多个可能构成暗物质的粒子候选者。
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课程论文(科研训练、毕业设计)题目：宇宙中的暗物质和暗能量姓名：xxxxxxx学院：化学化工学院系：化学专业：化学年级：大一学号：xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx宇宙中的暗物质和暗能量摘要文章对暗物质粒子的候选者和宇宙中暗能量的研究现状作一简单介绍.关键词暗物质,暗能量,粒子宇宙学正文2003 年,W ilkinson 微波背景各向异性探测器(WMAP) 、Sloan数字巡天( SDSS)和最近的超新星( SN)等天文观测以其对宇宙学参数的精确测量,进一步强有力地支持了大爆炸宇宙学模型. 这在人类探索宇宙奥秘和物质基本结构的道路上无疑是一个光辉的成就. WMAP的结果告诉我们,宇宙中普通物质只占4% , 23%的物质为非重子暗物质, 73%是暗能量, SDSS也给出类似的结果. 从物质基本结构的观点出发,普通的物质,如树木、桌子以及我们人类本身,是由分子、原子构成. 然而分子、原子不是最基本的,目前已知的基本粒子是由粒子物理标准模型所描述的夸克和轻子以及传递相互作用的规范玻色子. 什么是暗物质呢? 暗物质是不发光的,但是它有显著的引力效应. 比如,对于一个星系考虑距其中心远处的旋转速度,如果物质存在的区域和光存在的区域是一样的话,由牛顿引力定律可知,距离中心越远,速度应该越小. 可是天文观测事实不是这样的,这就说明当中有看不见的暗物质. 目前各种天文观测和结构形成理论强有力地表明宇宙中有大约三分之一是暗物质. 中微子是一种暗物质粒子, 但WMAP和SDSS的结果说明,它的质量应当非常小,在暗物质中只能占微小的比例,绝大部分应是所谓的冷暗物质. 它们究竟是什么目前还不清楚. 理论物理学家猜测,至少有两个可能性,一个是轴子( ax2ion) ,另一个是中性伴随子( neutralino). 另外还有额外维空间理论中最轻的KK ( Kaluza - Klein)粒子.近年来,为了解决冷暗物质在小尺度上可能的疑难而提出了相互作用暗物质[ 1 ] 、温暗物质等. 轴子是由罗伯特·派切(Roberto Peccei) 和海伦·奎因(Helen Quinn)为解决强相互作用中的电荷共轭-宇称(CP)破坏问题而引进的. 中性伴随子是超对称理论中的最轻的超对称伴随子,它是稳定的,在宇宙演化过程中像微波背景光子一样被遗留下来. 另外,这种暗物质粒子也可由一些超重粒子或宇宙相变过程产生的一些拓扑缺陷(如宇宙弦)衰变而产生[ 2 ] .目前世界各国科学家,例如中国和意大利科学家合作组DAMA,正在进行着各种加速器和非加速器实验,试图找到这种暗物质粒子.最近,人们还探讨了Gravitino[ 3 ] , Quintessino[ 4 ]等一类超弱相互作用的暗物质模型. 特别是后者理论,统一地描述了暗物质和暗能量. 在这类模型中,一个重要特点是预言了一些亚稳超对称粒子. 这些粒子有可能在加速器和非加速器物理实验,如L3 +C上得到检验.暗能量是近年宇宙学研究的一个里程碑性的重大成果. 支持暗能量的主要证据有两个:一是对遥远的超新星所进行的观测表明,宇宙不仅在膨胀,而且与想象中的不一样,在加速膨胀. 在标准宇宙模型框架下,爱因斯坦引力场方程给出a¨/ a = - 4πG (ρ+3p) /3 (其中a是宇宙标度因子, G为引力常数, p和ρ分别为宇宙中物质的压强和能量密度) ,加速膨胀a¨ > 0要求压强为负: p < - ρ/3. 另一个证据来自于近年对微波背景辐射的研究,精确地测量微波背景涨落的角功率谱第一峰的位置揭示宇宙是平坦的,即宇宙中物质的总密度等于临界密度ρc = 4. 05 ×10- 11 ( eV) 4. 但是,我们知道所有的普通物质与暗物质加起来只占宇宙总物质的1 /3左右,所以仍有约2 /3的短缺. 这一短缺的物质称为暗能量[ 5 ] ,其基本特征是具有负压,在宇宙空间中几乎均匀分布或完全不结团. 最近WMAP数据显示,暗能量在宇宙中占总物质的73%,其能量密度大约为( 2. 3 ×10- 3eV) 4. 这一能标比粒子物理中的基本能标都要低,仅与中微子质量相当. 意指中微子可能与暗能量存在着某种内在的联系[ 6 ] . 注意,对于通常的辐射、重子和冷暗物质,压强都是非负的,所以必定存在着一种未知的负压物质主导今天的宇宙.一种可能性是宇宙学常数,它是1917年爱因斯坦为建立一个静态的宇宙模型而引进的. 当他得知哈勃(Hubble)关于宇宙膨胀的结果后称宇宙学常数是他一生中最大的错误. 值得指出,在当今宇宙学研究中宇宙学常数有深一层的意义,它包含真空能.在量子场论中“真空”是不“空”的. 根据协变性要求,真空的能- 动量张量正比于度规张量,等效于爱因斯坦引进的宇宙学常数. 在实验测量中,二者是不可区分的. 这种能量在日常的生活和科学实验中感觉不到,但却支配着宇宙的演化,驱动宇宙的加速膨胀. 不过,很难从直观上想象真空的压强是负的. 数学上,真空的能- 动量张量正比于度规张量,它的状态方程应为w = p /ρ= - 1.另外利用能量守恒方程,由于真空能密度是个常数,可以得到p = - ρ. 但是目前量子场论的理论预言值远远大于观测值. 如果认为爱因斯坦的广义相对论和粒子物理的标准模型在普朗克标度以下都是有效的话,理论计算的真空能将比观测值大10120倍. 这一理论与实验的冲突即宇宙学常数问题是对当代物理学的一大挑战.暗能量也可以是一种随时间变化的动力学场的能量. 最简单的是一个具有正则动能的标量场Q,在文献中它被称为“quintessence”(精质) [ 7 ] ,直译为“第五元素”. 在古希腊哲学中,宇宙由水、火、土、空气及第五种元素组成.Quintessence的势能形式一般写为V (Q ) ,具体形式由模型而定. 随着宇宙的演化,Q场沿着V (Q )由高能往低能区滚动. 对于分布均匀的quintessence场,它的能量密度和压强分别为ρQ= Q·2 /2 + V (Q ) , pQ = Q· 2 /2 - V (Q) , 其中Q·是quintessence场对时间的导数. 如果势能函数是非常平坦的话,quintessence场将处于慢滚阶段,满足Q·2n V (Q) ,这样压强将取负值,驱动宇宙的加速膨胀.现在我们对于作为暗能量的两种可能性:宇宙学常数(或真空能)和quintessence场作一比较. 在quintessence模型中,暗能量随时间而变,不光能量密度ρQ ,且状态方程w = pQ /ρQ 不同时刻可取不同的值. 而对于真空能,能量密度是一个常数且状态方程永远是- 1. 用真空能来解释暗能量存在着两个大的问题,其一是上面已谈过的老的宇宙学常数问题,即观测的真空能为什么这么小? 第二个问题是:现今宇宙中的物质占27% ,暗能量占73% ,二者的能量密度处于同一个量级,然而,真空能与物质有完全不同的演化行为. 对于物质,其密度ρm 随着宇宙的膨胀而减少, ρm∝a - 3 ;而对于真空能,它的密度ρv是一个常数,不随宇宙的演化而改变. 对于具有137亿年演化历史的宇宙来说,只有在宇宙早期非常精细地调整ρv /ρm 才能给出今天的ρv /ρm. 理论上讲这个精细调整是非常令人不满意的,在文献中,这个问题也叫作一致性问题( coincidence p roblem ). 在quintessence模型中,由于暗能量随宇宙演化而改变,这一问题有可能得到解决.另外,由于quintessence是一种动力学场,它将带来一系列有趣的物理现象. 例如,与电磁场的相互作用Q FμνFμν (其中Fμν是电磁场张量)将会导致精细结构常数的改变. 这种“常数”不“常”的物理现象一旦被证实,也将是一个重大发现.除了quintessence 外,近年人们还研究了K -essence, tachyon 和phantom 等暗能量模型,这些都是基于场论中的标量场理论. 这些标量场可为基本的,也可为复合的. 在粒子物理的标准模型中,希格斯场也是一个标量场,实验上至今还没有找到,理论上存在着一些困难,如平庸性和自然性等问题. 暴涨模型中的暴涨子也是标量场,理论上,保证暴涨势的平坦性也存在着一定的困难. 由此可知,标量场在粒子物理和宇宙学中有广泛的应用,但它的物理性质有待深入的理论研究,当然更重要的是实验上需要直接或间接地证实希格斯粒子、暴涨子和quintes2sence的存在.理论研究暗能量模型并从观测(例如WMAP、SDSS, SN, Planck 以及我国正在设计制造的LAM2OST望远镜等)上确定其状态方程是当今宇宙学研究的一个焦点. 表征暗能量模型的一个重要量是状态方程w = p /ρ,比如,对于宇宙学常数(或真空能)它是- 1;对于quintessence模型,它介于+ 1和- 1之间;对于phantom模型,它小于- 1. 由此用天文观测数据对w 进行限制对于暗能量的研究是至关重要的. 在文献中,常用的w 的参数化包括: w ( z) =w0+w1 z或w ( z) =w0 +wa z / (1 + z) . 最近利用SN数据分析结果显示,宇宙学常数w = - 1可以解释观测结果,但有迹象表明w 可能随着红移Z 增加由小于- 1到大于- 1. 为此,我们提出了一类新的暗能量模型,叫做quintom[ 8 ] . 然而要确定暗能量是否是动力学的需要进一步更精确的观测数据.暗能量的本质决定着宇宙的命运. 如果加速膨胀是由真空能(即宇宙学常数)引起的,那么宇宙将永远延续这种加速膨胀的状态. 宇宙中的物质和能量将变得越来越稀薄,星系之间互相远离的速度将变得非常快,新的结构不可能再形成.如果导致当今宇宙加速膨胀的暗能量是quintessence,那么宇宙的未来将由quintessence场的动力学决定,有可能会永远加速膨胀下去,也有可能重新进入减速膨胀的状态,甚至可能收缩. 然而目前已知的理论都不能自然地解释暗能量,而且存在着灾难性的宇宙学常数问题. 解决这一问题需要新的理论,这样的理论一旦被找到,很可能是人们长期追求的包括引力在内的各种相互作用统一的量子理论. 这将是一场重大的物理学革命.参考文献[ 1 ] Spergel D N, Steinhardt P J. 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