什么是暗物质

如题所述

第1个回答  2023-06-19

什么是暗物质?
在无月的黑夜,天空繁星闪烁,我们很难想象在遥远的太空里隐藏着大量的被称作“暗物质”的东西,而且它们竟然占宇宙总质量的绝大部分,但又不属于构成我们可见天体的任何一种目前已知的物质。
暗物质看不见摸不着,却有引力和质量。迄今为止,物理学家仍无法直接证明暗物质的存在,而在宇宙的大尺度结构中到处都有暗物质存在的迹象,并保持着星系运行的稳定免于分崩离析。
那么,暗物质的假设是怎样提出来的?
瑞士物理学家茨维基在1933年用多普勒效应测定某个漩涡星系中各处的旋转速度时,发现自中央向外围的天体绕中心的旋转,其轨道速度并不减少。根据引力定律推算,在这个星系中看不见的物质要比看得见的恒星、气体云等多几十倍。我们的太阳系可不是这样的,太阳系99%的质量集中在太阳上,不发光的行星、彗星总共不足1%;离太阳近的行星绕太阳转得快,如水星的轨道速度约48公里/秒,远处的矮行星冥王星转得慢,仅有4.7公里/秒。
到了’1970年代,美国的鲁宾测量了60多个与银河系类似的星系旋转速度,得出与茨维基相同的结论。后来大批新的观测数据也表明,星系团中应该存在大量暗物质。从此,暗物质这一假设被学界广泛认可。
暗物质究竟是什么?
科学家研究认为,如果暗物质与已知的普通物质一样由原子组成,那么银河系中就该有100亿个黑洞;要不就是每个恒星有大量行星,例如太阳系应该有1万个木星,但这么多行星只要有几个质量再大一些,就会发生核聚变而发光,也就不是暗物质了。
目前物理学家广泛认为,暗物质不是原子,甚至不是质子、中子组成,而是“弱相互作用有质粒子”。此外,也有假说认为暗物质的主要成分由其他类型粒子组成,如轴子,惰性中微子等。
现代天文学通过天体运动、引力透镜效应、微波背景辐射等观测结果,表明暗物质可能大量存在于星系及宇宙之中,其质量远大于全部可见物质的总量。宇宙中约26.8%为暗物质,4.9%为天体和星际气体等普通物质,其余68.3%是推动宇宙加速膨胀的暗能量。
怎样探测到暗物质的存在?
目前,探测暗物质主要是通过间接证据得出。前面已经提到,根据对漩涡星系天体运动的引力理论计算,星系旋转曲线的实测表明,惟一的解释是星系中必定存在暗物质。还可以观测星系团产生的x-射线,通过其温度推测星系中暗物质的质量分布。
引力透镜效应的应用是间接探测暗物质的较为便捷的方式。假如恒星的光线在传播途中经过一块块的暗物质,暗物质的引力会使得光线一次次地弯折,这样就有一些本来其传播方向不是朝地球的光线也到达了地球,使得恒星看起来亮得多了。
根据广义相对论,来自背景后面的光线在到达地球之前只要穿越了暗物质之中,那么引力透镜效应就能被确认,按背景光线的弯折程度,可推算出星系团中暗物质的分布,就等于获得了暗物质存在的证据。
今天,科学家更重视直接探测暗物质粒子的实验。比如利用“加速器”,探测粒子对撞机中人为产生的暗物质粒子。希望不久的将来会揭开暗物质的谜底。
暗物质是什么?
暗物质是理论上提出的可能存在于宇宙中的一种不可见的物质,它可能是宇宙物质的主要组成部分,但又不属于构成可见天体的任何一种目前已知的物质。
目前一种被广泛接受的理论认为,组成暗物质的是“弱相互作用有质量粒子”其质量和相互作用强度在电弱标度附近,在宇宙膨胀过程中通过热退耦合过程获得目前观测到的剩余丰度。
暗物质没有任何规律要求物质总是由带电粒子组成,但对我们的眼睛而言,不参与电磁相互作用的物质就是隐形的,所谓的暗物质完全不带电磁荷,无论是用肉眼还是用敏感的光学仪器,都没有人直接观测到暗物质。
暗物质存在的最显著的标志,恰恰就是我们人类的存在本身。尽管不可见,暗物质对于我们宇宙的演化,以及恒星、行星乃至生命的产生都是极其关键的。这是因为暗物质携带五倍于常规物质的质量,与此同时,暗物质不直接与光产生相互作用。
这两种性质是决定类似星系这样的天体结构能够在我们所知的典型的星系寿命时间跨度这一较短的时间之内形成的关键,暗物质的性质对于像我们所在的银河这样大小的星系的形成尤为关键。如果没有暗物质,电磁辐射将会在过长的时间内阻止星系结构聚拢。
从本质上清除了星系结构形成的可能性,并会把宇宙维持在平坦且均匀一致的状态。正是因为暗物质的存在,对于我们的生命和太阳系而言所必须的银河系才能在从宇宙大爆炸至今的时间内及时形成。
扩展资料;
对于暗物质而言,最早可以追溯到20世纪初放射性β衰变的发现,为了解释放射性β衰变这种现象,当时的意大利理论学家恩里科·费米假定,自然界中存在一种新的作用力和一类新的作用力传递粒子,是它们导致了原子核的衰变,新的作用力类似于电磁力。
这种新的作用力现在被称为弱核力,假想中的弱核力传递粒子则是W粒子和Z粒子,它们本身并不是暗物质,但它们的性质暗示了暗物质的存在。事实上,物理学家认为排着队等待被发现的粒子或许多达好几十种——按照所谓的超对称原理,每种已知粒子都有一种未知粒子与它对应。
在这些假想的粒子当中,有一大类被统称为弱相互作用大质量粒子,之所以起这个名字,是因为这些粒子只通过弱核力发生相互作用。不过,这些粒子能否真正解释暗物质,还取决于它们的数量有多少,而这,正是粒子物理学观点真正吸引眼球之处。
参考资料??百度百科--暗物质
什么是暗物质?科学家是如何论证它的存在的?
暗物质之所以被称为暗物质,是因为它不与电磁场相互作用,这意味着它不吸收、反射或发射电磁辐射,因此很难被探测到。现代天文学依靠引力透镜、宇宙中大尺度结构的形成、微波背景辐射等方法和理论来探测暗物质。
暗物质简介
暗物质的主要证据来自计算结果,这些计算结果表明,如果没有大量看不见的物质,许多星系会飞离,或者它们甚至不会形成,也不会按照人们观测到的样子运行。简单来说,暗物质是基于计算和理论推导出来的,并没有被直接观测到。在标准的LambdaCDM宇宙学模型中,由普朗克卫星探测的数据得到,宇宙的构成,包含4.9%的常规物质,26.8%的暗物质和68.3%的暗能量。因此,暗物质占总质量的85%,而暗能量和暗物质占总质量和能量的95%。
???????????????????????????被暗物质包围的地球
暗物质的早期历史
1884年,开尔文勋爵估计了银河系的质量,他确定,宇宙的质量不同于可见恒星的质量。因此,开尔文勋爵得出结论:“我们的许多恒星,也许其中的绝大多数,可能是暗物质”。像开尔文、庞加莱等这些大人物,都猜想过暗物质的存在,不过这些都是猜测。为暗物质提供强大理论基础的,就是大名鼎鼎的广义相对论。之后,爱因斯坦和德西特联手写了一篇有关宇宙存在「看不见物质」的论文。而德西特也是被誉为「暗物质和暗能量的理论先驱」。
1932年,荷兰科学家扬·奥尔特提出证据并推断了暗物质的存在,他根据银河系恒星的运动提出银河系里面应该有更多的质量的想法,不过,后面这一证明被说是错误。
20实际60年代,维拉·鲁宾,肯特·福特和肯·弗里曼的工作为暗物质提供了进一步强有力的证明。此外,鲁宾和福特还利用一种新的光谱仪,更精确地测量了螺旋星系边缘的速度曲线。众所周知,行星距离恒星越远,公转速度就越慢,基于此,旋转星系也应该遵守这一规则。
但他们测得的结果却出乎意料。处在远离星系中心的恒星,公转速度要比开普勒定律的理论值大很多。想要拴住这些速度极快的恒星,就需要更大的力,这些引力是从哪来的?故他们推测是有数量庞大的质能拉住星系外侧组成,以使其不致因过大的离心力而脱离星系,这就是著名的星系自转问题。
暗物质分类
历史上,人们将可能的暗物质分为三个大类:冷暗物质、温暗物质、热暗物质。这个分类并非依照粒子的真实温度,而是依照其运动的速率。
冷暗物质:在经典速度下运动的物质。
温暗物质:粒子运动速度足以产生相对论效应。
热暗物质:粒子速度接近光速。
暗物质的探测
直接探测
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。目前大部分的实验使用低温探测器或惰性液体探测器。这两种探测技术都能够从其他粒子与电子对撞的噪声中辨识出暗物质与核子的碰撞。
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。然而在完全了解其他来源的背景噪声以前,这类的探测不足以当作暗物质的决定性证据,因此只能算作间接探测。
总结
由于暗物质还没有被最终确定,而且有其他的假说已经出现,旨在解释观测的现象,暗物质也是被用来解释观测到的现象。目前,最常用的方法是修正广义相对论。广义相对论在太阳系尺度上得到了很好的检验,但它在银河系或宇宙学尺度上的有效性还没有得到很好的证明。大多数天体物理学家的主流观点是,尽管对广义相对论的修正可以解释部分观测证据,但有足够的数据得出结论,宇宙中一定存在某种形式的暗物质。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。
请问什么是暗物质?
随着宇宙大爆炸理论的进一步研究,暗物质出现了。那到底什么是暗物质呢,下面来详细说说。
近些年的天文观测和宇宙膨胀理论研究表明,宇宙的密度可能由给70%的暗能、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。也就是说,宇宙中竟然有90%是看不见的暗物质,其中可能包含宇宙早期遗留至今的一种看不见的弱相互作用的重粒子-冷间物质正是支持宇宙膨胀理论的关键。
正因为宇宙中的暗能、暗物质至今尚未被发现,所以科学家们给我们留下了一系列
宇宙中的暗物质到底有多少?
具体的数字,目前的科学家还不能给出,只有一些估计的数字:在宇宙总质量中,重子物质约占2%,也就是说,宇宙中可观测到的各种星际物质、星体、恒星等等加起来的总质量只占宇宙总质量的2%,98%的物质还没有直接观测到。在宇宙中非重子物质的暗物质当中,冷暗物质约占70%,热暗物质约占30%。
宇宙中的暗物质都由什么组成?
中国科学院高能物理研究所在寻找暗物质的研究方面在国际上一直处于领先地位。1972年高能所云南高山宇宙线观测站曾观测到一个奇特现象,即观察到一个从宇宙射线中来的能量大于3000亿电子伏特的粒子碰撞石墨中的粒子后,产生了3个带电粒子。分析表明,其中一个是负介子,一个是质子,还有一个是能量大于430亿电子伏特、寿命长于0.046纳秒的带电粒子。许多科学家认为若此事能被证实,它将肯定是超出标准模型的新粒子,而这个新的粒子很可能就是寻找已久的暗物质的组成粒子。
20世纪80年代,美国和苏联的一些科学家提出了暗物质的“轴子”模型。按照这个模型,混沌伊始,宇宙就如一坛重子和轴子混合交融的浓汤。后来重子由于辐射能量,慢慢地转移到团块中心去了,结果普通发光物质的核被冷子晕包围,形成了星系似的天体。有人用计算机对这种模型进行了模拟演算,最终得到的宇宙演化图像与人们今天观测到的宇宙十分吻合。但是由于这个模型还是缺乏理论支撑,还是需要更多的实验去确定。
什么叫暗物质啊?
随着宇宙大爆炸理论的进一步研究,暗物质出现了。那到底什么是暗物质呢,下面来详细说说。
近些年的天文观测和宇宙膨胀理论研究表明,宇宙的密度可能由给70%的暗能、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。也就是说,宇宙中竟然有90%是看不见的暗物质,其中可能包含宇宙早期遗留至今的一种看不见的弱相互作用的重粒子-冷间物质正是支持宇宙膨胀理论的关键。
正因为宇宙中的暗能、暗物质至今尚未被发现,所以科学家们给我们留下了一系列
宇宙中的暗物质到底有多少?
具体的数字,目前的科学家还不能给出,只有一些估计的数字:在宇宙总质量中,重子物质约占2%,也就是说,宇宙中可观测到的各种星际物质、星体、恒星等等加起来的总质量只占宇宙总质量的2%,98%的物质还没有直接观测到。在宇宙中非重子物质的暗物质当中,冷暗物质约占70%,热暗物质约占30%。
宇宙中的暗物质都由什么组成?
中国科学院高能物理研究所在寻找暗物质的研究方面在国际上一直处于领先地位。1972年高能所云南高山宇宙线观测站曾观测到一个奇特现象,即观察到一个从宇宙射线中来的能量大于3000亿电子伏特的粒子碰撞石墨中的粒子后,产生了3个带电粒子。分析表明,其中一个是负介子,一个是质子,还有一个是能量大于430亿电子伏特、寿命长于0.046纳秒的带电粒子。许多科学家认为若此事能被证实,它将肯定是超出标准模型的新粒子,而这个新的粒子很可能就是寻找已久的暗物质的组成粒子。
20世纪80年代,美国和苏联的一些科学家提出了暗物质的“轴子”模型。按照这个模型,混沌伊始,宇宙就如一坛重子和轴子混合交融的浓汤。后来重子由于辐射能量,慢慢地转移到团块中心去了,结果普通发光物质的核被冷子晕包围,形成了星系似的天体。有人用计算机对这种模型进行了模拟演算,最终得到的宇宙演化图像与人们今天观测到的宇宙十分吻合。但是由于这个模型还是缺乏理论支撑,还是需要更多的实验去确定。
什么是暗物质???
随着宇宙大爆炸理论的进一步研究,暗物质出现了。那到底什么是暗物质呢,下面来详细说说。
近些年的天文观测和宇宙膨胀理论研究表明,宇宙的密度可能由给70%的暗能、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。也就是说,宇宙中竟然有90%是看不见的暗物质,其中可能包含宇宙早期遗留至今的一种看不见的弱相互作用的重粒子-冷间物质正是支持宇宙膨胀理论的关键。
正因为宇宙中的暗能、暗物质至今尚未被发现,所以科学家们给我们留下了一系列
宇宙中的暗物质到底有多少?
具体的数字,目前的科学家还不能给出,只有一些估计的数字:在宇宙总质量中,重子物质约占2%,也就是说,宇宙中可观测到的各种星际物质、星体、恒星等等加起来的总质量只占宇宙总质量的2%,98%的物质还没有直接观测到。在宇宙中非重子物质的暗物质当中,冷暗物质约占70%,热暗物质约占30%。
宇宙中的暗物质都由什么组成?
中国科学院高能物理研究所在寻找暗物质的研究方面在国际上一直处于领先地位。1972年高能所云南高山宇宙线观测站曾观测到一个奇特现象,即观察到一个从宇宙射线中来的能量大于3000亿电子伏特的粒子碰撞石墨中的粒子后,产生了3个带电粒子。分析表明,其中一个是负介子,一个是质子,还有一个是能量大于430亿电子伏特、寿命长于0.046纳秒的带电粒子。许多科学家认为若此事能被证实,它将肯定是超出标准模型的新粒子,而这个新的粒子很可能就是寻找已久的暗物质的组成粒子。
20世纪80年代,美国和苏联的一些科学家提出了暗物质的“轴子”模型。按照这个模型,混沌伊始,宇宙就如一坛重子和轴子混合交融的浓汤。后来重子由于辐射能量,慢慢地转移到团块中心去了,结果普通发光物质的核被冷子晕包围,形成了星系似的天体。有人用计算机对这种模型进行了模拟演算,最终得到的宇宙演化图像与人们今天观测到的宇宙十分吻合。但是由于这个模型还是缺乏理论支撑,还是需要更多的实验去确定。
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