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暗物质就一定是看不见的物质吗?

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online_member 发表于 2019-2-27 22:01:28 | 显示全部楼层 |阅读模式
宇宙中,占到主要成分的并不是暗物质,而是暗能量。暗物质只占26.8%,而暗能量占到了63.8%。除此之外的9.4%,就是我们已知的宏观世界、少量的电磁波以及反物质。

简单了解下暗物质

暗物质,从字面意思我们就可以得知,它是一种“看不见”的物质。在天文意义上,暗物质不会吸收、反射或者辐射光,也不会与电磁力发生作用。因此我们无法通过电磁波的形式观测到它,但是我们可以利用引力,间接观测到它的存在,并且,我们已经证明出宇宙中确实存在着大量暗物质的这一事实。

暗物质间接被发现的一个经典证据就是星系自转曲线(Galaxy rotation curves),我们知道螺旋星系(Spiral galaxy)的旋臂,会围绕其星系中心旋转,那么螺旋星系发光部分的质量密度,就会随着从中心到外围距离的增大而减小。如果发光部分是该星系所具有的全部物质,那么我们可以将该星系中心模型化为一个点质量,并测试这些围绕其中心旋转的发光物质,这种模型类似于我们的太阳系。根据开普勒第二定律,我们可以预计其自转的速度,会随着物质到中心距离的增加而降低。在我们太阳系中,水星距离太阳系中心的距离最近,因此其速度也就最快;海王星距离遥远,因此其速度很慢。既然开普勒第二定律适用于我们的太阳系,那么按理说它肯定也适用于庞大的星系。然而实际观测的结果并非如此,星系最边缘物质的运行速度与靠近其中心的物质差不多一样快。导致这一结果的原因可能有两点:要么是开普勒第二定律并不适用于星系整体,要么就是有其它物质在“作怪”。总之,难以直接被探测到的暗物质,它的组成成分还是一个谜团。

暗物质就一定是看不见的物质吗?88 / 作者:wz306 / 帖子ID:44433,178590



从引力透镜产生的效应,星系团CL0024+17内部被发现存在有一个暗物质圈,在这张哈勃太空望远镜像片里以蓝色显示出来。图:NASA, ESA, M.J. Jee and H. Ford (Johns Hopkins University)

暗物质在宇宙中的分布

在我们已知的物质中,暗物质可能在宇宙中占到大约85%。大多数暗物质在自然界中被认为是非重子的,可能是由一些尚未发现的亚原子粒子组成。暗物质遍布宇宙,影响着宇宙的演化。

在宇宙学的标准Lambda-CDM模型中,我们得出了宇宙的总质能里,包含有5%的普通质能、27%的暗物质和68%的未知能量,也就是暗能量这一结论。而暗能量加上暗物质的总和占总含量的95%。

由于暗能量不算作为物质,因此我们可以算出26.8/(4.9+26.8)=0.845

前面我们提到星系自转曲线,我们观测到的大多数螺旋星系都遵循这一规律,因此我们可以确定宇宙中大多数螺旋星系中都存在一定数量的暗物质。

暗物质就一定是看不见的物质吗?39 / 作者:wz306 / 帖子ID:44433,178590



典型的螺旋星系自转曲线:预测的(A)和观测的(B)。图:PhilHibbs

接下来我们要提到的是一种速度离散(Velocity dispersion)现象,也与暗物质相关。约束系统中的恒星,必须遵守维里定理(Virial theorem)。该定理与测量的速度值的分布相结合,可用于测量约束系统(如椭圆星系或球状星团)中的质量分布。但也有一些例子不遵守维里定理,即对一些椭圆星系的离散速度的估计,与观测到的质量分布的预测离散速度不匹配。即使假设恒星轨道是复杂分布的,它们之间也仍然不匹配。或许也只有暗物质能够解释这一点。

星系团(Galaxy clusters)也与暗物质有关联,星系团对于研究暗物质的特性是特别重要的,因为它们的质量可以用三种独立的方式来估计。通常,这三种方法合理地认为暗物质与可见物质的比值大约为5比1。

引力透镜效应(Gravitational lensing)也与暗物质有所关联。根据广义相对论的预言,由于时空在大质量天体附近会发生畸变,使得光线经过大质量天体附近时发生弯曲。物体越大,观察到的引力透镜效应越强。

暗物质就一定是看不见的物质吗?79 / 作者:wz306 / 帖子ID:44433,178590



基于Kilo-Degree调查的引力透镜数据分析得出了一张暗物质地图。图:ilo-Degree Survey Collaboration/H. Hildebrandt & B. Giblin/ESO

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本文选自:今日头条
online_member 发表于 2019-2-27 22:02:22 | 显示全部楼层
人们对现有的宇宙膨胀模型,遇见了原有理论无法解释的现象,因此产生了暗物质猜想。请作者一定要向大家介绍清楚这是猜想,目前没有强证据,距离证实更相距十万八千里。人们还有两种备选可能解释现有模型方案,第一就是在大尺度情况下原有的引力方程是错的,第二种就是光速不变原理是错的那么就将动摇整个相对论的基础。
online_member 发表于 2019-2-27 22:02:32 | 显示全部楼层
人类之所以看不到暗物质,是因为我们处在三维空间,只有四维空间才能看到,人类无法跨越四维空间。四维空间里到处都是暗物质
online_member 发表于 2019-2-27 22:03:21 | 显示全部楼层
暗物质应该是以目前手段无法观测到的一些基本粒子。这些基本粒子未能参与组成夸克、质子、中子、电子或其它可见物质,只是以最原始最基本的形态存在。未来人类也许可以研究利用暗物质进行太空旅行,以某种技术手段让暗物质之间产生结合聚集,生成普通物质的同时释放出能量。
online_member 发表于 2019-2-27 22:03:39 | 显示全部楼层
暗物质是人类观测不到的电子存在状态,脱离物质的能量不存在。
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