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暗物质、暗能量是什么?有什么区别?
在我们的宇宙当中有着很多未解之谜,等待人类去发现也正是如此现如今科学家们仍在加紧速度去研究这些宇宙中的未知秘密。
但需要研究这些未知秘密,人们还需要延续几十年,乃至上百年一代又一代的科学家们,奋发图强,奋勇直追,才能研究出这些秘密。
那么在宇宙中它的暗物质和暗能量究竟是什么?两者的一个区别究竟在哪些地方?其中的表现主要体现在以下几点。
首先第一点就是暗物质它是参与宇宙构成的一种物质,这种物质它占占据着宇宙98%的质量。
但这种东西人们看不见也摸不着,只能估摸它在宇宙中它是的的确确存在的,主要目前人类并没有一个很好的科技产品能够探测出它的存在。
而暗能量却是另外一种东西,这种东西它也是能量的一种,只不过这种能量,它的爆发性比我们平常所知道的能量的爆发性更加的恐怖,很有可能这种东西就是宇宙大爆炸所爆发出来的能量。
其次,另外一点就是暗能量可能是能量的另外一种形式,这种形式的能量,它所产生的爆发可能比地球上的核能爆发产生的能量让更加的恐怖,而且爆发力更强,所释放的热量也足够巨大。
这种能量可能就是宇宙大爆炸所释放的能量,毕竟要炸出一个宇宙,它的能量岂能不恐怖,威力出巨大。
最后一点就是关于这两种东西,它们的区别就是一个是物质,一个是能量而暗物质,它是宇宙构成的一部分,而暗能量的话,它就是宇宙所释放的能量,这种能量人类目前还未探测了解过。
暗物质与暗能量是怎样被发现的? 怎么被区分开的? 它们有什么联系吗?谢谢了,大神帮忙啊
在天文学史上最大的一个意外是,人们发现我们在太空中看到的所有东西只占据宇宙所有物质能量的1%不到。
而星系之间难以探测的稀薄气体连带所有其他形式的常规物质,总量只占据万物的大约4.5%。
占据约26%更大比例的“非重子物质”由某类奇异的不可见粒子组成,它们并不形成原子。
暗物质的引力支配着宇宙,塑造着宇宙的历史,并施加引力使得常规物质可以积累形成星系,就好象是在不可见的池塘上形成的浮渣斑块一样。
剩下的大约70%是所谓的“暗能量”,它们导致了宇宙的加速膨胀。
其本质是更大的未知。
但是更多的线索继续被人揭示出来。
在美国天文学会会议6日召开的新闻发布会上,4个小组宣布了新的发现,可以改进我们对这些现象的认识。
倾斜的银晕: 长时间以来天文学家就知道,像我们的银河系这样的大型星系位于名为星系晕的大型暗物质池中央。
由UCLA的戴维·劳(David Law)领导的小组确定出,银河系的暗物质晕并非球形,而是被挤压过的形状。
令人吃惊的是,它变平的轴向相对在夜空中定义为人熟知的银河的可见恒星盘倾斜了90度角。
该小组通过分析“人马座星流”(见下图)中上千颗恒星的运动得到的这个结论。
星流是一个矮星系的残余,该星系在近距离经过银河系的时候被引力扯碎,剩下的是长长的纤维状结构,当下在银河系之外环绕了两周。
星流不同部分的恒星运动揭示出了不同部位的银晕对它们施加的引力。
人马座星流的一个模型,早先靠近银河系的一个矮星系被银河系的潮汐力扯碎,形成了该星流。
星流环绕于银河系两周,一部分在矮星系后方,一部分在前方。
恒星的运动泄露出了暗物质的存在。
(图片提供:David R. Law / UCLA) 人们发现,银晕是个三轴球体,这意味着它在3个方向上的直径各不相同。
劳说:“如果将银晕比作海滨气球,它的一侧是被挤扁的。
”这一点参见下面的示意图。
以银河系为中心的三轴暗物质晕的“海滨气球”比方(海滨气球的颜色是随意选择的)。
(图片提供:David R. Law / UCLA) 劳补充说,天文学家之前设想的银晕应该是沿与银盘相同的轴向被挤压的,这是由于普通物质和暗物质根据推测应该是来自同一源头的:被定义了引力通道的暗物质纤维所引导。
银晕的大小和形状受到了银河系新近与其他矮星系并合的影响,因此将来对银晕的详细研究应该能给出更多有关银河系吸收小型邻居的演化过程。
邻近的暗能量: 10几年前,天文学家发现了宇宙的加速膨胀,这与他们的设想相反。
这一发现的关键是通过星系中的Ia型超新星视亮度来测量星系的距离,这类超新星的亮度与星系红移无关。
然后距离可以与红移(根据光线的变化给出宇宙的膨胀)相对照。
这样天文学家就可以知道膨胀速率在宇宙长久的历史中是如何变化的了。
从那时起,天文学家找到了大量的其他证据说明有同一种力量在使膨胀加速,还给出了加速的大小。
而关键的一点是,它看起来并不会随着空间的扩张而变弱或变强。
因为没有任何更好的名称,它被命名为“暗能量”。
现在一个国际小组在我们自己的本星系群内释放出了暗能量的效应。
本星系群包括银河系、仙女座大星云、M33,还有迄今为止辨认出的大约50个矮星系。
该小组分析了由由俄罗斯天文学家伊戈尔·卡拉切谢夫(Igor Karachentsev)领导的小组利用哈勃太空望远镜对本星系群星系运动的观测。
通过研究星系相对本星系群引力中心的运动,他们可以找到本星系群的引力在大尺度上让位于暗能量“反引力”效应的界限。
在此界限以外的星系将向外运动,最终迷失在宇宙中。
来自阿拉巴马大学的小组成员吉恩·伯德(Gene Byrd)说:“我们发现了暗物质外流的排斥力,它与通过研究数十亿光年之外的星系所找到的相同。
”他补充说,过去科学家通常会先在我们附近发现一个重要的效应,之后将其运用到更为遥远的天体上。
“这次我们是从整体效应走到了局域效应上。
” 星系越小,暗物质越多: 由马里兰大学的斯泰西·麦戈(Stacy McGaugh)领导的第三个小组搜寻了从大型星系团低端的矮星系到高端的星系,来寻找普通物质与暗物质的比例是否随星系尺度变化。
从最小到最大,星系的质量差别有1亿倍。
确实有个显著的趋势。
麦戈与他的同事发现,星系或者星系团的质量越大,其普通重子物质所占据的比例就越大。
在整个宇宙以及最大的星系团中,暗物质与重子物质的比例是5比1。
但是在较小的结构中,这一比例会增加,直到普通物质与暗物质相比为数甚少的矮星系。
麦戈说:“对于宇宙中的每一个(较小的)天体来说,并不能解释一些普通物质,而普通物质的一大部分都存在于小型天体内。
我们并不知道它们跑到哪里去了,这确实是个大问题。
” 一个理论是,星系越小,就越难约束住早期超新星吹掉的气体;在引力较弱的星系中,气体逃逸到了星系际介质里。
与普通物质不发生作用的暗物质并不会受超新星爆发激波的影响,因而保留了下来。
星系的增长: 由马普地外物理所的尼夫·德劳利(Niv Drory)领导的第四个小组分析了来自宇宙演化巡天(COSMOS)的个星系的数据,以确定在过去80亿年间星系的演化情况。
该小组的目标是确定不同质量的星系在宇宙历史不同时间上的数量。
如德劳利所说,“我们想了解我们邻近的星系动物园是如何形成的”。
起初星系是小而繁多的,随着时间的推移,这些小型结构并合到了一起,形成像银河系这样的大型星系。
不过显然这一过程不会是简单的。
该小组发现,星系质量的分布并非如猜测一般平滑:质量较小的矮星系数量急剧增加。
而大型星系在质量分布图上显示为一个显著的峰。
这些结果为暗物质晕并合方式随时间的演化以及反馈机制对宇宙演化的塑造(如超新星风从小型星系中赶出气体)提供了线索。
德劳利说:“有了这项巡天,我们就可以将这样的演化追溯到宇宙年龄相当于今日之半的时候。
”
什么是普通物质、反物质、暗物质和暗能量?
经常关注宇宙学得朋友,肯定都看到过反物质、暗物质和暗能量,这三个物理学中的词汇,除了这三个还有一个普通物质,它们一起构成了宇宙中以前存在、现在存在的所有物质/能量形式,其中的反物质在目前的宇宙中,据我们观察并不存在,而暗物质、暗能量、普通物质依然充斥着宇宙空间,组成了我们当今的宇宙。
那么什么是反物质、普通物质、暗物质和暗能量呢?以及当今的宇宙中为何不存在反物质?它们去哪了?今天就说下这个问题。
什么是普通物质?我为何要把普通物质放在最前面,首先介绍呢?原因就是普通物质最简单、我们也最容易理解,因为我们人类自己本身,包括我们目前能在地球上、宇宙中看到的一切事物,都有有普通物质组成的。
在宏观尺度上看,一些物质的结构/集合,包括你手上的手机、面前的办公桌、水杯、呼吸的空气、脚下踩的地球、家里的宠物、以及更大尺度上的地球、太阳系、银河系、星系团都有我们所说的普通物质。
这些物质,我们看得见、摸得着所以一点也不奇怪和陌生。
从微观的尺度上看,所有的普通物质都有由原子/分子构成的,而在原子之下,就是亚原子粒子,包括:轻子(e-、μ-和τ-以及三个对应的中微子)、重子(中子和质子),其中重子不是基本粒子而是复合粒子,在它们之下就是六味夸克和8个胶子。
总的来说,上图标准模型中的粒子,夸克、轻子、玻色子这些基本粒子就构成了我们所看到的普通物质世界。
当然,你和我也是由这些基本粒子构成的。
这就是我们普通物质世界,很好理解吧。
我把反物质放在物质之后是因为从字面上来说,你应该能够理解反物质其实就是组成我们普通物质世界的一个反面,所以接下来说反物质,应该也很好理解。
反物质目前在我们的宇宙中,据我们的观察是不存在的(后面会说原因),所以我们发现反物质之前在宇宙中存在过肯定不是通过观察得出来的结论,而是先通过理论预言出来的,上实际20年代,狄拉克在它的方程中首先预言了反电子的存在,随后在30年代,安德森在云室中发现了反电子的运行轨迹,验证了狄拉克的预言。
至此我们就直到了我们的普通物质世界存在一个反世界版本。
就拿电子来说,在我们的正物质世界中,电子带有一个负电荷、自转为1/2、质量为0.511Mev/c^2,轻子数为+1,那么电子的反物质版本,正电子其质量和电子一样,但自旋相反为-1/2,且带有正电荷,轻子数为-1,也就是说正电子和电子相比较,电荷相反、自旋相反、轻子数相反,其他的任何行为都是一样的。
从以上的性质就可以看出来,正电子就是电子的镜像。
由于电荷不同,因此正电子和电子在磁场中发生偏转的轨迹就不同,这就是上世纪30年代安德森发现正电子所使用的原理,假如电子往左偏转,那么正电子就会往右偏转。
在我们发现正电子以后,反质子、反中子、反夸克相继被发现。
这就说明了,在标准模型中的所有粒子都有自己的反版本,当然玻色子,例如光子、胶子它们的反粒子就是自己本身。
那么这些反物质去哪里了?物质世界反版本的发现,让我们之前认为的宇宙中重子数和轻子数守恒的想法被击破,因为在反物质被发现之前,我们认为一个原子核中的质子和中子虽然可以相互通过β+和β-衰变来互相转换,但不论怎么变,原子核中的重子数都是守恒的,也就是说宇宙质子和中子的数量加起来是不会发生变化的。
但是反物质的发现就打破了这个认知,因为反物质有着和物质相反的重子数,它们相遇以后就会发生湮灭,并且以光子的形式释放出能量。
也就是说,正物质和反物质相遇就会变为纯能量,这个过程也是可逆的(高能光子相撞可以产生正反物质)。
这样一来宇宙中的重子数和轻子数就不是守恒的了,它们也可以被创造和毁灭。
重子数和轻子数的不守恒,其实对我们理解宇宙起源来说是一件好事,因为这样我们就能解释宇宙中的物质是怎么来的,如果宇宙中的重子数和轻子数是守恒的,那么一开始宇宙中没有任何的重子和轻子,它们的总数量为0的话,我们是没有办法解释物质的起源问题。
你看,在宇宙诞生初期,在一定的温度下,能量会自发的产生物质和反物质,并且这些正反物质会互相湮灭又变为了能量,在这个过程中宇宙中的重子和轻子数是守恒的,但是由于我们目前还不清楚的某种机制,导致了宇宙在一定的能量下,打破了重子和轻子数是守恒的规律,造成了正物质和反物质数量的不对称,其中正物质粒子比反物质粒子在数量上多了10亿分之一,那么随着宇宙的碰撞冷却,能量也不再足以自发的产生正反粒子对,那么接下来反物质在和正物质烟灭后,多余的正物质就被保留了下来,这些物质就构成了我们现在看到的宇宙中的一切。
什么是暗物质?
上文中我们插入目前标准模型物质粒子的图片,在哪上面有正物质粒子有反物质粒子,但是就是没有暗物质粒子,这说明啥?意思就是,目前暗物质到底是什么鬼,我们并不清楚。
标准模型中的粒子,并不能解释暗物质粒子的问题。
你看,上文中我在描述我们现在能看到的宇宙时,强调的是普通物质,并没有说成物质。
这是因为,暗物质其实也算一种物质,它们切切实实的存在于我们当今的宇宙中,而且占了宇宙物质比例的85%左右,也就是说,我们宇宙中的所有物质,其中就有大部分我们并不知道是啥,我们只能看到15%的普通物质。
那么我们看不到暗物质,为何会知道暗物质存在呢?其实我们发现暗物质存在,并不是看到了暗物质,而是观测到了没有暗物质存在就不能解释的一些引力异常现象,也可以称为引力缺失,质量缺失。
例如,星系旋转速度异常,星系团中的星系运动速度异常。
这些异常现象就直接指向了在我们的宇宙中,还存在大量的我们看不到的物质形式,在默默的提供着引力。
那么为什么我们发现不了暗物质呢?原因就在于这种物质粒子,它们不参与电磁相互作用,也不参与弱相互作用,只能和引力互动,所以我们没有办法通过有效的手段去发现这些粒子到底是什么!也就是说,暗物质除了给我们普通物质世界提供引力以外,完全不会和普通物质发生任何的交互。
这是我们目前不知道暗物质是啥的根本原因。
暗物质和暗能量被称为两暗兄弟,从名字就可以看出来我们对暗能量也是知之甚少,我们目前只知道它是宇宙空间中存在的一种固有的能量,并且会在短时间内以正反虚粒子对的方式出现,然后瞬间湮灭,将能量归还给宇宙虚空。
我们发现暗能量的原因是,随着我们对宇宙演化的理解,之前认为宇宙的空间会一直在引力的作用下发生减速膨胀,至于在未来膨胀速度能减到什么程度,这就要看宇宙最初的膨胀率和物质密度了。
其结果无外乎有三种可能:
1. 引力在未来获胜,宇宙发生逆转收缩,在大坍缩的结局下终结
2. 引力无法逆转宇宙的膨胀,宇宙会一直匀速膨胀下去,直到死寂。
3. 引力和宇宙膨胀率处于临界值,宇宙不会膨胀也不会收缩。
但是我们在上世纪90年代通过对1a型超新星的观测发现,宇宙真实的膨胀情况并不是以上的三种可能,而是我们的宇宙正在加速膨胀,这就说明了在宇宙中还存在着一些我们未知的能量形式,在为宇宙提供着负压,拉扯着空间加速膨胀。
这种未知的能量就是暗能量。
值得注意的是,这种我们不知道能能量形式,占了宇宙总质能的70%左右,也就是说,在我们的宇宙中,大部分的能量是一种我们不知道的能量形式,而我们的普通物质只占了总质能的5%不到。
以上就是我们宇宙中的能量形式,普通物质、反物质、暗物质、暗能量。不知道你看后有何感想!
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