暗物质和暗能量之间的区别是什么
暗物质与暗能量之间的区别是什么
暗物质和暗能量(此部份内容来自网络)一、暗物质和暗能量之间的区别是什么?不是学天体的,常常不太分得清楚这二者,有什么联系和区别吗?这两个概念其实不宜并举……如此的并举,不由想起了高中时被人问过的如此一个问题:“点电荷和正电荷有什么区别?”——我那时就梗咽了,全然没成心识到,在那时,“自己白学了”的,其实并非是物理,而是语文和逻辑学……所以,还不如说说它们各自是什么;至于“有什么区别”,只好请看官自行判断。
简单地说,它们都是某种“存在”,却根本不是一种东西;最大的相同的地方,可能就是那个“暗”字了。
那个“暗”,大体上意味着,它们几乎不参与电磁彼此作用。
电磁波(从射电、毫米/亚毫米,到红外、可见、紫外,再到X-射线和Gamma 射线)是咱们探测宇宙的最重要窗口,而且在目前远远比中微子和引力波重要得多。
“不参与电磁彼此作用”,意味着它们无法直接参与发射电磁波的进程,也意味着它们不散射(在微观上看,“反射”也不过是散射算了)、不吸收电磁波。
想直接探测暗物质,用任何形式的电磁波(比如,“用肉眼看”,即是利用了可见光频段的电磁波),都是不行的。
怎么办?人们假想,暗物质很有可能会参与弱彼此作用。
弱彼此作用与很多核物理进程有紧密关系,专门是当核子的性质发生转变时。
所以,人们就设法囤积大量的某类物质(这种物质通常都在每一个原子核内有许多数量的核子——如此才能更易发生弱彼此作用,而又相对不太昂贵、容易找到,也要能够相对容易地把可能影响探测的杂质剔除),放在地下以屏蔽宇宙射线(来自太空的无时无刻不在轰炸咱们的高能带电粒子流)的干扰,以期看到与暗物质有关的实验。
国际上,从事那个实验的研究组有许多——在国内,清华和上海交大就打算在二滩水电站的施工涵洞里,摆上一堆闪烁体(此处的闪烁体不是碘化钠,感激评论中@ 指正——果然通宵写东西的情形不能干,昔时还和岳骞、陶嘉琳两位老师讨教过闪烁体的选择标准来着,这就自己打自己脸了……),用于探测暗物质的信号。
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”。
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。
探索宇宙的暗黑面暗能量与暗物质
探索宇宙的暗黑面暗能量与暗物质探索宇宙的暗黑面:暗能量与暗物质宇宙是无穷广阔的,充满了各种神秘和未知。
科学家们长期以来一直在努力探索宇宙的奥秘,并发现了许多引人入胜的发现。
然而,宇宙中的大部分能量和物质都是我们无法直接观测到的,它们被称为暗能量和暗物质。
本文将探索宇宙的这一暗黑面,解释暗能量和暗物质的概念、特性和重要性。
一、暗能量:宇宙扩张的推动力暗能量是宇宙中一种神秘的力量,被认为是宇宙扩张的推动力。
它被称为暗能量的原因是它无法直接被观测到,我们只能通过观察其对宇宙的影响来推测其存在。
科学家们最早发现暗能量的存在是通过观测到宇宙膨胀的加速度。
根据引力理论,原本的预期是宇宙的膨胀速度会随着时间的推移减缓,然而观测到的事实是相反的,宇宙膨胀的速度正不断加快。
为了解释这个现象,天文学家们提出了暗能量的概念,认为它是一种负压力,推动着宇宙的膨胀。
暗能量的物理本质仍然是一个谜,科学家们正在进行各种实验和观测来进一步研究它。
暗能量的存在对于我们理解宇宙的结构和演化具有重要意义,它对宇宙学、粒子物理学和天体物理学等领域的研究产生了深远影响。
二、暗物质:宇宙中的隐形巨人暗物质是宇宙中大量存在的一种物质,我们无法直接观测到它,但通过其对周围物质的引力影响可以推断其存在。
与暗能量相似,暗物质作为宇宙中再一种未被发现的能量形态,一直是科学家们研究的焦点。
通过对宇宙星系、星团和宇宙背景辐射等的观测,科学家们得知宇宙中存在大量的暗物质,它的质量约占宇宙总质量的27%左右。
暗物质具有强大的引力作用,这是暗物质存在的主要证据之一。
暗物质的具体组成和性质目前尚不清楚,科学家们猜测它可能是一种非常微小且和正常物质相互作用非常微弱的粒子,这使得我们无法直接观测到它。
暗物质在宇宙学研究中的重要性不言而喻,它对宇宙结构形成和星系演化等过程起着重要的调节作用。
三、暗能量与暗物质的联系与影响暗能量和暗物质在宇宙中扮演着不同的角色,但它们之间存在着密切的联系。
物理学中的暗能量和暗物质
物理学中的暗能量和暗物质随着现代科技的不断发展和人类对宇宙的探索深入逐渐,人们对宇宙本质的认识也在不断拓展。
在物理学中,暗能量和暗物质成为了研究的热点对象,它们既神秘又令人心悸。
一、暗能量与暗物质的定义暗能量是宇宙中存在的一种特殊的物质,是令宇宙膨胀加速的主要推动力量。
暗能量的特点是不可见、不可观察、不可测量,因此它的存在也很难被证明。
目前科学家们对暗能量的研究主要集中在科学模型和计算方面,以对其特性进行进一步的分析与解释。
暗物质成为了物理学中一种极为重要的物质,它是宇宙中不可见的物质,也是宇宙中能够控制星系和星团运动的物质。
暗物质的存在并不是通过观察和实验来得到的,而是通过星系和星团的运动方程来推断出来的。
二、暗能量和暗物质的关系暗能量和暗物质在宇宙中都占据着重要的位置,但它们的本质却非常不同。
相比较而言,暗物质的存在更加显然和稳定,因为我们可以通过观测星系和星团的运动轨迹来证明其存在。
而暗能量则相对更加神秘,因为我们对它的理解主要来源于计算和模型推测,目前还没有直接的观测数据能够证明其存在。
不过,暗能量和暗物质都扮演着极其重要的角色。
暗物质的存在是使得可见物质聚集成星系和星团的原因,而暗能量则是推动星系和星团的运动加速膨胀的主要力量。
我们可以将暗能量和暗物质比喻为驱动宇宙发展的机制,它们促进了宇宙的进程和演化,是宇宙中极其重要的存在。
三、未来关于暗能量和暗物质的研究在未来的科研计划中,对于暗能量和暗物质的研究仍然是很重要的。
目前,科学家们探索它们的手段主要包括大规模的计算和建立各种科学模型。
这些研究能够让我们对暗能量和暗物质有更深入的认识和理解,也能够帮助我们更好地探索宇宙的本质。
此外,在未来的宇宙探索中,也将进一步寻找能够对暗物质和暗能量进行观测的方式,来证明它们的存在和性质。
比如说目前正在建造中的欧洲空间局的全新宇宙望远镜,就将会在未来的宇宙探索中发挥重要作用。
总之,暗能量和暗物质是物理学研究中的两个重要对象,它们对宇宙的演化和发展起着决定性作用。
什么是黑暗能量?
什么是黑暗能量?黑暗能量是一种神秘的物质,是宇宙学中最重要的难题之一。
它占据宇宙中大约68%的能量和物质,而其性质和存在方式至今仍然是一大谜团。
那么,究竟什么是黑暗能量呢?一、黑暗能量的定义和本质黑暗能量是一种不存在于目前物理学模型之中的物质或力量,它通过引力作用在宇宙中起到推动宇宙膨胀过程的关键作用。
具体来说,黑暗能量可以形象地被理解为是我们无法观测到的一种力量。
它没有任何颜色、气味以及声响等物理特征。
二、黑暗能量和暗物质的区别黑暗能量和暗物质是两个不同的概念,二者之间存在着本质的区别。
暗物质是指一类物质,它虽然没有电磁相互作用,但具有质量,并能够通过引力作用的方式对普通物质产生影响。
而黑暗能量则完全不同,它并不具备质量,只是间接地通过引力的作用对宇宙膨胀产生影响。
三、黑暗能量的来源和作用黑暗能量的出现可能与物理学模型的正确性有关,或可能因为我们对引力的了解还存在偏差。
不过,科学家们相信黑暗能量是宇宙中扩散最迅速的能量形式,受到任何其他形式的能量影响极少。
它在宇宙学中的作用是推动和加速宇宙的膨胀,这一点目前已被观测实验所证实。
四、黑暗能量的研究进展黑暗能量是宇宙学的难题之一,因此科学家们对其研究一直没有停歇。
目前,人们利用各种高科技手段,如精密测量和探测等方法,不断地对其进行研究。
近年来,科学家们在数学计算和实验方面也取得了很多进展,从而逐渐揭示出黑暗能量存在的真相。
总之,黑暗能量是一个神秘而重要的概念,在物理学和宇宙学领域产生了深远的影响。
随着人们对其认知的深入,不断地探索新的方法和实验手段,相信未来人们会对它有更深入的认识,从而为我们认识宇宙提供更加全面的视角。
探究宇宙奥秘——暗能量与暗物质
探究宇宙奥秘——暗能量与暗物质作为一个生活在宇宙中的人类,我们对宇宙的探究一直都是科学家们所关注的问题。
在探索宇宙的过程中,科学家们发现了许多奇妙的现象,其中最为神秘的就是暗能量和暗物质。
在本文中,我们将一起探索这两种物质的奥秘。
一、暗能量的定义和特性暗能量是一种看不见、摸不着的能量,它构成了宇宙的三分之二。
虽然它不能被直接检测出来,但是我们可以观察到它的影响。
暗能量可以推动宇宙膨胀的速度,这一点是通过对宇宙微波背景辐射和大规模结构的研究得到的。
暗能量与引力有关,但它的作用方式与所知的所有物质都不同。
尽管暗能量的本质还是未知的,但科学家们已经提出了一些假设。
最为广为人知的是“宇宙常数”假说,它认为暗能量是一个不变的能量密度,在时间和空间上都是均匀的。
现在,这种假说被广泛接受并支持,因为其可以解释宇宙加速膨胀的现象。
二、暗物质的定义和特性暗物质同样是我们无法直接检测到的一种物质,但它构成了宇宙中大约五分之一的物质。
暗物质对宇宙的结构具有重要作用,它的引力可以帮助形成星系和星系团等大型结构。
虽然我们无法直接观测到暗物质,但我们可以通过观察星系和它们的运动轨迹来证明它的存在。
在不受其他星系的引力干扰的情况下,星系的速度应该是突然下降的,但是它们的运动轨迹却表明它们被一些看不见的物质所牵引着。
这就是暗物质的重力在起作用。
三、暗物质与暗能量的关系在宇宙学中,暗物质和暗能量是一对双胞胎,它们协同作用着,对宇宙的演化产生了重要的影响。
暗物质的存在可以防止宇宙在大爆炸后太快地坍塌。
暗能量的存在可以加速宇宙的膨胀,消耗暗物质的引力作用。
在当前的宇宙学模型中,暗物质是稳定的,而暗能量是不稳定的。
暗能量越来越多,向外推扩的力越来越强。
这导致暗物质的集合变得稀疏,并且星系也变得更加稀疏。
这对于宇宙的长期演化是一个重要的趋势。
四、暗物质和暗能量的研究进展暗能量和暗物质的研究一直是宇宙学领域的热门话题。
在过去的二十年中,科学家们提出了许多理论和模型,以解释它们的存在和影响。
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。
理解银河系中的暗物质和暗能量
理解银河系中的暗物质和暗能量当人们谈论宇宙时,难免会提到银河系。
在很长一段时间里,人们通过天文观测和科学研究了解到了银河系的结构、星系分布情况等方面。
然而,随着科学技术的发展,人们逐渐意识到银河系的构成可能比我们想象的更为复杂,其中就包含着神秘的暗物质和暗能量。
何谓暗物质暗物质,顾名思义就是藏在宇宙中的无形物质,与我们所熟悉的物质有着本质的区别。
就目前所知,暗物质的密度约占银河系总质量的5/6,可谓是银河系“隐形”的主要原因之一。
那么,暗物质到底是什么呢?我们知道,构成物质的基本粒子包括质子、中子、电子等,它们可以通过物理实验和观测手段被检测到。
而暗物质却不同,它不与电磁波相互作用,不发光、不发热、不发射射线,因此也就无法直接被探测到。
一些科学家认为,暗物质可能由一些新型基本粒子构成,它们不像常见物质那样受到电磁力的约束,但却具有重力作用。
换句话说,暗物质能够通过重力影响可见物质的运动,比如引起恒星轨道的偏移等。
此外,根据宇宙背景辐射的测量数据,暗物质的密度分布也可以推算出大概的分布情况。
暗物质的存在并非建立在纯粹的推测之上,它背后有航天探测、天文观测等科学研究作为支撑。
但由于科学技术和仪器的限制,我们还无法直接探测到暗物质,这一问题成为了众多科学家争论的焦点之一。
暗物质的研究意义探索暗物质的原理和分布情况,对于了解银河系的演化历程和宇宙的结构演变具有重要意义。
通过量化暗物质的分布、形态、密度等信息,我们可以进一步验证和完善天体物理学的理论模型,推动相关研究领域的发展。
此外,暗物质在宇宙学、天体物理学和粒子物理学等多个领域都有重要应用,可以帮助人们更深入地认识宇宙的本质和规律。
何谓暗能量除了暗物质,银河系中还隐藏着另一项神秘成分,那就是暗能量。
暗能量是指一种不明确的能量,其存在主要是为了解释暗物质所带来的重力影响偏差。
根据文献资料,暗能量在宇宙形成的早期就已经存在,它带来的反重力效应是导致宇宙膨胀加速的主要原因。
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%。
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。
黑暗能量与暗物质
黑暗能量与暗物质黑暗能量与暗物质是现代宇宙学研究中的两个重要概念。
它们虽然有相似的名称,但实际上指代的是两个截然不同的物质。
本文将分别介绍黑暗能量和暗物质的概念、性质以及对宇宙起到的作用。
首先,让我们来了解一下黑暗能量。
黑暗能量是一种推动宇宙加速膨胀的力量,它占据宇宙总能量的约70%。
黑暗能量的存在最早是通过观测宇宙膨胀的加速度得出的。
物理学家认为,宇宙的膨胀应该是减速的,但事实却是加速的。
为了解释这一现象,科学家引入了黑暗能量的概念。
目前对于黑暗能量的性质了解非常有限。
该能量是一种均匀地填满整个宇宙的能量形式,不与物质相互作用,不散播、不吸收和不发射光子。
也就是说,黑暗能量的作用就像是空间中均匀分布的“负压力”,它推动着宇宙加速膨胀。
关于黑暗能量的来源,科学家仍然在探寻中。
一种理论认为,黑暗能量可能是虚空能量的一种表现形式。
虚空能量是宇宙最基本的能量之一,即使在真空中也存在一些微小的能量。
据估计,真空能量的密度非常大,远远超过我们对它的直觉认识。
而黑暗能量可能就是这种虚空能量所产生的,但我们对虚空能量的本质和产生机制知之甚少。
接下来,让我们转向暗物质的概念。
暗物质是宇宙中约占总质量的25%的未知物质。
与黑暗能量不同,暗物质与我们熟知的物质相互作用,但与一般物质不同的是,它不与光发生相互作用,也就是说,暗物质不会吸收、发射或反射光线,因此我们无法直接观测到它。
目前,对暗物质的研究主要依靠它与普通物质之间的引力相互作用进行。
通过观测星系旋转曲线、星系团形成等现象,科学家得出了宇宙中存在暗物质的结论。
暗物质的存在对于解释宇宙的结构形成和星系运动等现象起到了关键作用。
关于暗物质的组成和性质,目前仍然存在着许多猜测和争议。
一种主流的理论认为,暗物质可能是由一种未知的新型粒子构成的。
这些暗物质粒子与普通物质的粒子之间的相互作用非常弱,这也是为什么我们无法直接探测到暗物质的原因之一。
然而,由于暗物质粒子的性质和存在方式仍然是个谜,科学家们正通过实验和理论推断来寻找它的证据。
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。
天文学概念知识:星系中的暗物质和暗能量的比较和数值模拟
天文学概念知识:星系中的暗物质和暗能量的比较和数值模拟星系中的暗物质和暗能量的比较和数值模拟天文学是一门关于天体以及宇宙的学科,它探索的范围极其广泛,其中涉及到的问题也极其复杂。
在星系研究中,有两个重要的概念:暗物质和暗能量。
暗物质是由天文学家提出来的一个理论,指的是一种不显然的物质,它不会直接发光或发射辐射,因此我们无法通过天文学手段直接观测到它。
目前来看,暗物质的确存在,并且它的存在对于解释许多天文现象是至关重要的。
暗能量是一个类似于暗物质的概念,只是它没有物质的凝聚性,只有能量的状态。
暗能量不仅无法被观测到,而且它产生的引力对星系和宇宙的影响也非常微弱,因此我们无法证明它的存在。
不过,暗能量被用来解释宇宙膨胀的加速度,这是一项非常重要的任务,因为只有通过暗能量才能解释这个现象。
那么,我们该如何研究暗物质和暗能量呢?我们可以进行数值模拟。
数值模拟是指用计算机模拟现实世界中的某些现象或过程的方法。
通过数值模拟,我们可以得到某些事物的物理特性,这也是目前研究暗物质和暗能量的主要手段之一。
暗物质和暗能量的比较在我们探讨暗物质和暗能量的相似之处和不同之处之前,我们需要先了解一下它们各自的特征。
暗物质是一种冷暗物质,它没有电荷或几乎没有电荷,它通过引力相互作用,可以影响到肉眼可见的物质,比如星系,但实际上它却是由暗物质粒子组成的。
暗物质的存在可以解释许多天文现象,比如银河系旋转曲线,宇宙学大尺度结构的形成等。
暗能量则是一种没有物质的凝聚性的能量。
与暗物质不同,暗能量是通过作用在整个宇宙上的引力而表现出来的,它被认为是宇宙膨胀的加速器。
暗能量被用来解释宇宙中的加速膨胀现象,这也是顶级的天文学问题。
暗物质和暗能量的相似之处是,它们都是神秘的、不可见的,并且都需要我们通过数值模拟来进行研究。
此外,它们的存在都是需要通过计算和观测数据来获取的。
不同之处则主要体现在它们的作用和物理特性上。
暗物质可以通过引力影响到肉眼可见的物质,并且它的粒子是具体存在的;而暗能量则是通过作用在宇宙中的引力而表现出来的,它的存在方式与物质完全不同。
宇宙能量大PK:黑暗物质VS暗能量
1. 背景介绍人类对于宇宙的研究自古以来就始终是一个无尽的课题。
随着科技的进步和观测手段的不断完善,我们对于宇宙的了解也逐渐深入。
然而,宇宙中存在着两个令科学家们着迷的谜团:黑暗物质和暗能量。
这两者都是构成宇宙的重要组成部分,但却不为我们所熟知。
本文将探讨黑暗物质和暗能量之间的PK,帮助我们更好地理解宇宙的奥秘。
2. 黑暗物质的力量黑暗物质是一种无法直接观测到的物质,它不发光、不吸收光,与普通物质几乎没有相互作用。
然而,黑暗物质却在宇宙中起着至关重要的作用。
根据科学家的估计,黑暗物质构成了宇宙总质量的约27%,而可见物质只占5%左右。
3. 黑暗物质的迹象尽管无法直接探测黑暗物质,但科学家们通过观测宇宙中的引力现象和星系的运动轨迹得出了一些间接证据。
例如,星系旋转的速度远超过所应有的速度,这表明存在着额外的质量来维持它们的运动。
这种额外的质量就被认为是黑暗物质。
4. 暗能量的奥秘与黑暗物质不同,暗能量更为神秘和难以理解。
暗能量是一种反重力的力量,它具有排斥性质,使得宇宙膨胀的速度越来越快。
根据科学家们的测算,暗能量占据了宇宙总能量的约68%。
5. 暗能量的发现对于暗能量的发现,最重要的里程碑是1998年两位科学家通过观测超新星爆炸的光度距离关系,发现了宇宙膨胀加速的证据。
这项发现让人们开始意识到宇宙的膨胀并非减速,而是在加速进行。
6. 黑暗物质VS暗能量:PK展开现在,让我们回到正题,探讨黑暗物质和暗能量之间的PK。
首先,它们之间最明显的区别在于作用力的性质。
黑暗物质通过引力来影响可见物质的分布和运动,而暗能量则通过排斥力来驱使宇宙加速膨胀。
7. 影响宇宙演化的力量黑暗物质在宇宙的形成和星系的演化过程中起着关键作用。
它的引力作用促使可见物质团聚形成星系和星系团。
同时,黑暗物质还对宇宙大尺度结构的形成起着重要的推动作用。
8. 宇宙未来的命运相对于黑暗物质,暗能量对宇宙的影响更为深远。
它不仅推动着宇宙的膨胀加速,还可能决定了宇宙的最终命运。
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的构成可谓是一个深邃而复杂的领域,而在这一领域中,暗物质与暗能量更是充满了神秘感。
现代宇宙学理论已认识到,宇宙中绝大多数的质量和能量实际上是看不见的。
暗物质和暗能量共同构成了宇宙的大部分成分,然而它们的本质仍然是一个未解之谜。
本文将从暗物质和暗能量的定义、特性以及它们对宇宙演化的影响等方面进行探讨。
一、暗物质的定义与特性暗物质即是那些无法用电磁辐射(如光、热等)直接探测到的物质,尽管它们在宇宙中发挥着重大的作用。
科学家通过对星系旋转速度、引力透镜效应、宇宙微波背景辐射等现象的研究,推测出暗物质的存在。
1. 暗物质与可见物质的区别可见物质包括我们能够直接观察到的恒星、行星和气体等,构成了宇宙中约5%的质量。
而根据目前的理论,暗物质占据了大约27%的宇宙质量,它无法以任何形态直接被观测到,只能通过其对可见物质和辐射产生的引力效应间接测量。
2. 暗物质的候选者尽管尚未发现任何直接证据,但科学家提出了一些候选粒子来解释暗物质的存在。
其中最著名的是弱相互作用巨大粒子(WIMPs),这些粒子在高能物理实验中被假设存在。
此外,还有其他候选项,例如轴子(axions)和微型黑洞等。
3. 暗物质的重要性暗物质在形成星系及其演化过程中起着至关重要的作用。
通过数学模型和计算机模拟,科学家们发现,拥有暗物质的宇宙结构能够更好地解释现有观测数据,并且帮助解决“星系旋转曲线”这一长期悬而未解的问题。
二、暗能量的定义与特性与暗物质并存的是暗能量,这是一种奇异形式的能量,充斥在整个宇宙空间中,主导着宇宙的快速膨胀。
1. 暗能量不仅仅是一种想象科学家在1998年通过观察超新星爆炸事件意外发现,宇宙正在加速膨胀。
这一发现改变了我们对宇宙的基本理解,同时也引入了“暗能量”的概念。
据估计,暗能量占据了83%的宇宙能量密度。
2. 暗能量的性质尽管对暗能量的本质理解仍然模糊,但它在给定体积内始终保持恒定。
它似乎并不依赖于时间或空间分布,这一特性使其成为推动宇宙膨胀的重要动力。
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。
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一个奇妙而神秘的世界,我们所认识的物质仅占宇宙总质量的5%左右,剩余的95%则是我们所谓的暗物质和暗能量。
这些奇妙的存在,正是我们深入探索宇宙本质的窗口。
一、暗物质暗物质是指那些不与电磁波相互作用的物质,因此它不会反射,也不会散射和吸收光线,因此被称为“暗”的物质。
暗物质是宇宙学中一个重要的议题,因为宇宙学模型需要包括暗物质才能解释很多观测结果。
近年来,科学家通过多种手段不断深入暗物质的研究,但这些物质仍然具有很多未解之谜。
暗物质由一些微观粒子构成,这些粒子与我们所熟悉的粒子不同,如不与电子、质子、中子等任何已知微观粒子相互作用。
暗物质的存在是因为物质的引力已经影响宇宙的大尺度结构和宇宙背景辐射的形成,这些现象都不能通过已知的物质来解释。
暗物质也可以解释星系旋转曲线上的异常情况,也就是核心黑暗实体的存在。
二、暗能量暗能量是指一种假想的、不可见的力量,被认为是引起宇宙膨胀加速的原因。
暗能量作为宇宙学中最新的发现之一,因其神秘和重要性而备受关注。
暗能量的质量很小,但它的密度却很大,因此不同于普通物质。
暗能量在物理学上称为“标量场”,这是一种具有潜在能量的场。
它的取向并没有方向性,因此不与物质间的作用相似。
暗能量可以反作用于引力,使宇宙膨胀加速,从而影响整个宇宙的行为。
科学家研究暗能量的方式是使用仪器,如欧洲航天局的Planck卫星和美国能源部的 Fermilab 。
三、暗物质和暗能量的关系目前,科学家们普遍认为暗物质和暗能量都是宇宙黑暗成分的一部分,它们不仅共同构成了宇宙的大部分成份,而且它们还相互影响,并在某种程度上互相转化。
科学家们在研究和讨论中,常常使用密度参数(Ω)来表示它们在宇宙中所占的比例。
暗物质和暗能量的比例在所有的宇宙成分中相对稳定,而普通物质和辐射会随着时间的推移而变化,因此研究它们的比例有助于了解宇宙的本质和演化。
目前,暗物质占据宇宙质量的水平为26.8%,而暗能量占据的比例则为68.3%,这是目前宇宙学模型所认可的一种共识。
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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暗物质和暗能量(此部分内容来自网络)一、暗物质和暗能量之间的区别是什么?不是学天体的,常常不太分得清楚这两者,有什么联系和区别吗?这两个概念其实不宜并举……如此的并举,不禁想起了高中时被人问过的这样一个问题:“点电荷和正电荷有什么区别?”——我当时就哽咽了,全然没有意识到,在当时,“自己白学了”的,其实并不是物理,而是语文和逻辑学……所以,还不如说说它们各自是什么;至于“有什么区别”,只好请看官自行判断。
简单地说,它们都是某种“存在”,却根本不是一种东西;最大的相同之处,大概就是这个“暗”字了。
这个“暗”,基本上意味着,它们几乎不参与电磁相互作用。
电磁波(从射电、毫米/亚毫米,到红外、可见、紫外,再到X-射线和Gamma 射线)是我们探测宇宙的最重要窗口,而且在目前远远比中微子和引力波重要得多。
“不参与电磁相互作用”,意味着它们无法直接参与发射电磁波的过程,也意味着它们不散射(在微观上看,“反射”也不过是散射而已)、不吸收电磁波。
想直接探测暗物质,用任何形式的电磁波(比如,“用肉眼看”,便是使用了可见光频段的电磁波),都是不行的。
怎么办?人们设想,暗物质很有可能会参与弱相互作用。
弱相互作用与很多核物理过程有密切关系,特别是当核子的性质发生变化时。
所以,人们就设法囤积大量的某类物质(这类物质通常都在每个原子核内有许多数量的核子——这样才能更容易发生弱相互作用,而又相对不太昂贵、容易找到,也要能够相对容易地把可能影响探测的杂质剔除),放在地下以屏蔽宇宙射线(来自太空的无时无刻不在轰炸我们的高能带电粒子流)的干扰,以期看到与暗物质有关的实验。
国际上,从事这个实验的研究组有许多——在国内,清华和上海交大就打算在二滩水电站的施工涵洞里,摆上一堆闪烁体(此处的闪烁体不是碘化钠,感谢评论中@吕松林指正——果然通宵写东西的事情不能干,当年还和岳骞、陶嘉琳两位老师讨教过闪烁体的选择标准来着,这就自己打自己脸了……),用于探测暗物质的信号。
2002 年,当其他的暗物质探测研究组都没发出什么声音时,有个叫做DAMA 的研究组声称,通过使用某种“秘制”的碘化钠晶体(采用碘化钠的原因是,碘的原子核里头的核子数量相对较多),他们探测到了稳定且强烈的暗物质存在的信号。
可是,这个研究组做了件颇有点儿“伤天害理”的事儿:他们以“商业机密”(为他们制造碘化钠的是一家商业公司)为由,拒绝公布原始数据、晶体制造过程,以及实验的具体方案。
特别地,他们与为他们制作碘化钠晶体的公司达成协议,严禁其公布制造(高纯度、充分剔除各种干扰性同位素的)碘化钠的工艺和配方——也不知这“商业机密”究竟成了什么机密。
简而言之,他们拒绝任何人重复他们的实验的企图。
所以,尽管这个研究组的人们发表了重量级论文,并言之凿凿地声称结果绝对可靠,但学界并没有普遍承认他们的结果。
奈何,除了DAMA,其他实验组都没有得出清晰而稳定的暗物质存在证据相关的结果。
看来,直接探测颇有点儿严重受阻的味道;那么,能不能退而求其次,做间接探测呢?简单地说,如果你在我与一个灯泡之前放上一团暗物质,那我看到的还是那个灯泡,什么异常都发现不了………… 除非你放得太多了,使得暗物质的引力场能够明显地“折弯光线”。
这时,取决于你怎么放置这一团暗物质,我可能会看见灯泡变亮了(微引力透镜——虽然常见的微引力透镜基本上都与暗物质没什么关系),可能会看见灯泡的样子变得奇形怪状而且不在原来的位置上了(强引力透镜);如果暗物质背后不止是一个灯泡,而是数十个,那么,经过统计之后,我发现灯泡的样子的圆扁程度发生了总体性的变化(弱引力透镜)。
看官问了,不是暗物质的东西(比如太阳),也能折弯光线啊?答曰,要是没有暗物质,那么引力透镜现象应该比现在所能见到的少得多也弱得多。
我们看到多少这类现象呢?真是很多很多的。
下图中的那些弧形就是。
(图片本身已经标注来源了)甚至,前一小阵子,人们还发现了强引力透镜成像中的超新星——因为四个像各自对应的光的轨迹长度不同,所以人们“不止一次地”看到了同一颗超新星的爆发……(图片摘自 Gravitational lensing creates 'Einstein's cross' of distant supernova)除了这个,便是最经典的证据——星系的旋转曲线。
如果没有暗物质,星系中星体绕星系中心的旋转速度,会随着半径的增加而快速下降;可我们看到的是这样的曲线:(图片摘自 Galaxy rotation curve)同时,宇宙的大尺度结构的形成,也有暗物质一份子。
目前宇宙中热门的研究对象有哪些?- 王力乐的回答这个答案的最后一节,提到了宇宙中超过星系团尺度的结构。
在研究中,人们发现,如果宇宙中仅仅有着非暗物质的普通物质的数量,则我们应该得到的超星系团尺度结构的形态,会与我们观测到的完全不同。
比如,一团在自身引力下塌缩的物质,同等尺度下,质量越大,塌缩得越快;如果没有暗物质,则那些大尺度结构形成的速度,会大大慢于观测所揭示的速度。
又如,当普通物质(可以称为“气体”)的密度足够高时,借助电磁相互作用之下的散射,气体内部会发生动量的平均化——或者叫做粘滞——这使得普通物质能够消耗掉过剩的能量,在相对较小一些的尺度上形成结构的速度,会快于暗物质——暗物质缺乏这种粘滞(通常只能通过引力,把动量传递给普通物质,再由普通物质“粘滞掉“这部分动量),会像一群苍蝇围着烂苹果一直转悠那样,围绕着质量中心进进出出地“转悠”。
这张图片里,这星系团尺度的结构的形成,就是由暗物质引致的:(图片来自 Formation of Galaxy Clusters)曾经,人们认为,中微子可以是暗物质的良好候选者——它几乎不参与电磁相互作用,而且数量庞大,也是被人们理解得相对好的一种东西。
中微子的质量非常小,所以,只要稍有动能,它们就以几乎是光速的速度运动——人们于是管这叫“热暗物质”。
与之相对的,如果暗物质是由某些理论预言的大质量粒子构成,则它们在一定能量下的运动速度会相当低,于是被称为”冷暗物质“。
在这两个模型竞争了许久之后,人们发现,如果暗物质是”热的“,则因为它们本身的速度一直很快,它们也可以在自身引力下塌缩凝聚,却难免让粒子们因为拥有高速而流失,使得塌缩形成结构的速度更慢,也不容易形成更小的结构;而这一切限制,则都与观测结论相悖。
所以,时至今日,占据主导地位的暗物质模型,便是所谓“冷暗物质”了。
虽然,时至今日,仍然没有人能准确指出,“冷暗物质”到底是由什么粒子构成的。
甚至,整个宇宙的演化历史,也与暗物质有关系。
宇宙的膨胀速度,由弗里德曼方程给出;方程之中,有一个位置,是给暗物质的(当然,还有一个位置,是给暗能量的)。
简单地说,暗物质的存在,与普通物质和辐射一样,是在“将宇宙膨胀减速”的伟大事业中出了一份力气的……顺便说一句,引力场的场源是能量——动量张量。
辐射是有能量的,是会产生引力的!如若不然,我们的宇宙学理论就会从头错到尾,与观测结论完全对应不上。
不要因为有“权威人士”声称“辐射场不产生引力”就相信他——任何人,离开了自己熟悉的领域,很容易什么都不懂还爱讲废话。
可这最终还是对抗不过暗能量。
随着宇宙的膨胀,辐射、普通物质与暗物质的密度越来越低,对抗暗能量的能力越来越弱;而暗能量的密度,却从不衰减。
在通常的宇宙学模型中,暗能量是一种分布于全空间的能量,而且密度并不随着膨胀而降低。
对暗能量直接进行解说有些困难——毕竟,爱因斯坦场方程是一个计算起来一团糟的东西,而就算是弗里德曼方程也是一个非线性的方程——这里就说一个不太严格但很有效的类比吧。
想象一个密闭的气缸,里头充满了普通物质、暗物质,或者辐射,外面什么也没有。
气缸的活塞会被普通物质的压强向外顶;往外运动之后,气缸中的总能量,是要降低的。
可是,如果把普通物质换成暗能量,活塞往外运动之后,暗能量的密度并不下降,总体积却增加了;于是,气缸中的总能量不降反升。
这意味着,就“膨胀”一事而言,暗能量扮演着与普通物质、暗物质和辐射相反的角色(人们常说,暗能量差不多能算个“处处为负的压强”);人们发现,后三者使宇宙膨胀减速,但暗能量则使宇宙的膨胀加速。
宇宙加速膨胀的发现,与2011 年诺贝尔奖有密切关系。
通过对SN Ia(Ia 型超新星)的观测,人们获取了宇宙的“光度距离”(这是宇宙学尺度上的遥远物体的表观星等与实际光度之间关系的量度,与宇宙的演化历史密切相关)与宇宙学红移(这是光子被宇宙膨胀“拉长”的结果——在相当一部分物理教材中,它被错误地解释为多普勒效应)的关系,确认了这样一件事儿:如果暗能量不存在,那么,我们对SN Ia 的观测结果,是无法解释的。
下图中,图作者列举了不同(暗能量的相对密度)下的“宇宙演化历史”,并发现,观测数据点明显偏向的一侧——观测表明,这个宇宙的暗能量密度不是零。
(图片摘自 Supernova Hubble Diagram (SCP 1998),这正是诺贝尔奖得主在他的篇关键论文中所用的图;图中的“光度距离”已被转化为“有效星等”)那暗能量的本质到底是什么呢?曾几何时,人们都说,这暗能量,乃是量子场论中所说的“真空能”。
这个名字其实并没有它听上去那么神秘——它只不过是说,在当今的条件之下,我们所谓的“真空”,本就该被某种东西充满(而且这个东西的密度确实与膨胀之类的情形都没什么关系);只有这样,整个空间的总能量才能变得最低、最稳定。
听上去是个非常漂亮的解释——可是,量子场论给出来的暗能量密度,是宇宙学观测所得到的暗能量密度的(一的后面跟上120 个零)倍。
人们只能对暗能量的性质做更进一步的探索了。
所以,事实上,没有人知道暗物质和暗能量究竟是什么;一定意义上,它们是唯象的模型。
只是,这两个唯象模型,能给出对现在宇宙学的诸多观测事实的漂亮解释——而这确实很不容易了。
从物理性质上来说,主要是区别,并没有什么联系。
只不过凑巧在相近的时间里发现,所以起了两个非常类似的名字。
简单来说,暗物质表现的更像普通可观测到的物质,贡献引力;而暗能量则与日常物质大相径庭,贡献斥力。
下面仔细来说一下。
首先来说暗物质。
暗物质的发现来源于1970年左右Vera Rubin 对银河系的邻居仙女座大星系(M31)的星系旋转曲线的测量。
简单来说就是测量距离星系中心不同半径处物质的旋转速度。
得到如下的图。
横坐标是距离星系中心的距离,纵坐标速度。
学过高中物理的都知道,如果知道星系的质量分布的话,速度与距离的关系可以用开普勒定律很容易的求出来(红线)。
补充一下质量分布是怎么求的。
原理就是,通过测量光的分布,然后猜测一些星系的年龄和恒星形成率可以算出来一个相对靠谱的光度-质量比。
所以求质量分布时假设了所有物质会按一定比例发光。