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暗物质和暗能量是什么关系

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发表于 2016-1-7 15:32:02 | 显示全部楼层 |阅读模式
暗物质和暗能量是什么关系?为什么现在主流物理学都忙着研究这玩意呢?假如我们现在破解了这个难题,是不是就等于知道了全宇宙?暗物质(包括暗能量)被认为是宇宙研究当中最具有挑战性的一个主要课题,它同时也代表了宇宙当中90%以上的物质含量,然而我们可以看到的物质只占宇宙总物质量的10%不到(约5%左右)。

暗物质和暗能量的关系

暗物质无法直接观测得到,但它却能直接干扰星体所发出的一些光波或引力,其存在能被明显地感受到。科学家们也曾对暗物质的特性提出了多种的假设,但是直到目前还没有得到一个充分的证明。几十年前,暗物质(dark matter)刚被提出来时仅仅只是理论上的产物,但是现在我们就知道暗物质早已经成为了宇宙的重要组成部分。

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      暗物质和暗能量的总质量是普通物质的6.3倍,因此在宇宙能量的密度当中占了1/4,同时更为重要的是,暗物质从中主导了宇宙结构的形成。

暗物质的本质直到现在还是一个谜,但是如果假设它是一种弱相互作用亚原子粒子的话,那么由此而形成的宇宙大尺度结构与所观测到的相一致。不过,最近对这个星系以及亚星系结构的主要分析加以显示,这一假设和观测结果之间所存在着一定的差异,这同时也为多种可能的暗物质理论提供了一个用武之地。并通过对小尺度结构密度、分布、演化及其环境的研究可以区分这些潜在的暗物质模型,同时为暗物质本性的研究带来一个新的曙光。 大约在65年前,第一次发现了暗物质所存在的一个主要证据。


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在宇宙学当中,暗能量是某些人的一些猜想,指一种充溢空间的、具有负压强的能量。按照相对论,这种负压强在长距离类似于一种反引力。如今,这个猜想是解释宇宙加速膨胀和宇宙中失落物质等问题的一个最流行的方案。 暗能量主要有两种模型:宇宙学常数(即一种均匀充满空间的常能量密度)和quintessence(即一个能量密度随时空变化的动力学场)。区分这两种可能需要对宇宙膨胀的高精度测量和对膨胀速度随时间变化更深入的理解。因为宇宙膨胀速度由宇宙学物态方程来描写,所以测量暗物质的物态方程是当今观测宇宙学的最主要问题之一。


主要是因为它是一种不可见的、并能推动宇宙运动的能量,宇宙当中所有的恒星和行星的运动皆是由暗能量来进行推动的。之所以暗能量具有如此大的力量,就是因为它在宇宙的结构当中约占73%,而且占绝对统治的主要地位。暗能量是近年宇宙学研究的一个里程碑性的一个重大成果。支持暗能量的主要证据就有两个。一是对遥远的超新星所进行的大量观测所表明,同时宇宙还在加速的膨胀。按照爱因斯坦引力场的方程,加速膨胀的现象推论出宇宙中所存在着压强为负的"暗能量"。另一个证据则来自于近年来对微波背景辐射的相关研究并精确地测量出宇宙当中物质的总密度。


在2003年的7月23日,美国匹兹堡大学斯克兰顿博士所领导的一个多国科学家小组开始宣布,他们会借助美国“威尔金森微波各向异性探测器”的主要观测数据(观测宇宙微波背景辐射的微小变化),同时还发现了一些暗能量所存在的直接证据。作为“大爆炸”的“余烬”,宇宙微波背景的辐射大约在“大爆炸”后38万年才产生,不过其中的光子在宇宙当中穿行时会经历一系列的物理过程,特别是在经过质量较大的星系时,这些光子将会遭遇“引力陷阱”。通过探测结果所显示,宇宙年龄约为137亿年,宇宙由23%的暗物质,73%的暗能量,4%的普通物质所组成。同时在宇宙中所占比例最多的东西反而是人类最迟也是最难了解的,至今仅知道它们存在着,但还不清楚它们的主要性质。  

通过斯克兰顿等人介绍说,如果在星系当中主要是由普通的物质所组成,那么光子就会在落入“引力陷阱”以及从中逃逸出来的整个过程当中,由于“陷阱”的深度固定,其能量总体上也将不会变化。但是,如果星系当中包含暗能量,情况就会有所不同。由于暗能量的排斥力作用,光子就会在落入“引力陷阱”并逃出来的整个过程当中,“陷阱”会逐渐变浅,但是它的能量反而会增加。它主要体现在微波背景的辐射观测图上,并经过这些星系区域的宇宙微波背景辐射温度将会出现一些细微的上升。因此科学家认为,这一结果只有用暗能量才能予以解释。

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发表于 2016-1-18 22:13:48 来自手机 | 显示全部楼层
都有一个暗,不好探测的。
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