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什么是暗物质暗物质是什么
暗物质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。
暗物质是影响当今量子粒子物理和天体物理的两片乌云,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96%的物质含量,其中人类可见的只占宇宙总物质量的4%。
暗物质中的暗物质粒子的存在有可能是量子粒子物理的弱相互作用力的大质量重粒子的极化粒子类似于磁单极粒子的跃迁线性粒子。
暗物质是什么
暗物质是一种在物理学领域中被广泛接受的假设性形式的物质,它并不发射或反射足够的电磁辐射,因此我们无法直接观察到它。
然而,暗物质的存在可以通过它对可见物质、光线以及整个宇宙的引力效应进行推断。
暗物质是目前人类对宇宙中未知现象的一种解释。
它的存在和性质将为我们理解宇宙的本质,包括宇宙的起源、结构与演化提供重要的线索。
科学家推测暗物质可能由重子物质组成,也可能由非重子粒子组成,如弱相互作用的大质量粒子(WIMPS)或中微子等。
暗物质占据了宇宙所有物质质量的约85%,而可见物质,包括所有的星系、恒星以及原子,只占剩余的15%。
这一理论可以很好地解释星系的旋转曲线、大尺度结构的形成以及宇宙微波背景辐射的无规则性分布等现象。
尽管我们不能直接观测到暗物质,但我们可以通过其引力作用来推测其存在。
此外,除了暗物质,科学家们还在研究另一个深奥的概念——暗能量。
不同于暗物质,暗能量是对宇宙加速膨胀的一种假设。
暗能量和暗物质都是组成宇宙物质的基础,但它们并不吸收或反射光或电磁辐射。
暗物质和暗能量的存在对宇宙的影响巨大。
它们不仅影响着宇宙的整体结构,还引导着恒星星系以及星系团的引发进程。
尽管我们对暗物质和暗能量的认知仍停留在理论层面,但随着科学技术的进步,我们有望在未来更深入地了解它们的本质和性质。
总的来说,暗物质和暗能量是宇宙中的神秘存在,它们的存在和性质是我们理解宇宙的重要线索。
尽管我们现在还无法直接观测到它们,但科学家们正在通过更精密的实验和观测手段寻找它们的直接证据。
对于我们人类来说,探索暗物质和暗能量的奥秘将是一个充满挑战和发现的旅程。
暗物质是什么样的粒子呢?宇宙的大尺度结构究竟是什么样子的?
暗物质是一种非常态物质,通俗一点就是我们看不到却又真实存在的物质。
起初科学家对宇宙和各大星系的质量计算时总是存在一些误差。
理论的计算结果和实际的估算差得不是一星半点,而是存在几个数量级的差别,这显然就是两个不同的结果。
于是科学家猜测宇宙存在一种既看不见也摸不着的物质,并且它们有一定的质量!20世纪70年代,暗物质的存在被正式肯定,宇宙理论大统一以后,科学家们在20世纪70年代末的实验测量中发现中微子存在质量,并且质量在30eV左右(目前测量结果低于该数值),因此,几乎所有的科学家都认为中微子就是暗物质的本身。
暗物质相互间仅仅只有引力的作用,这就导致它的系统动能不受电磁波的影响,这就会导致暗物质形成一个疏松而巨大的晕,并且包裹着普通物质构成的星系。
银河系的尺度有多大呢?足足80万光年!而暗物质形成的晕所延伸的范围远远大于银河系80万光年的尺度。
中微子是一种质量非常小的粒子,在宇宙形成的初期具有极高的动能,因此被称作“热暗物质”。
然而,事物都有两面性,同样存在一种质量比较大的粒子,在宇宙早期的动能极低,这种粒子被称为“冷暗物质”。
不难看出,目前暗物质共分为两类,即“热暗物质”和“冷暗物质”。
这两种比较特殊的物质虽然统称为暗物质,不过两者在宇宙中的结构形成却天差地别。
苏联天体物理学家雅可夫•泽尔多维奇曾经指名,热暗物质的动能可以在小尺度上抵抗引力的压迫。
因此,在热暗物质为主体的宇宙中,首先会形成一个巨大的薄饼状结构,由于引力的不稳定性,“薄饼”会沿着一个方向坍塌,直至变成一个丝状结构,这还不算完,引力会进一步压迫内部,会从内部碎裂成更小的尺度结构。
相反,在冷暗物质为主体的宇宙之中首先形成的是小质量的团块,神奇的是,不同的团块通过合并实现“长大”,科学家给这种结构模型起了形象的名字—“等级成团”把时间拉到宇宙大爆炸之际,此时的宇宙雏形处于一种高温高热的状态,然而物质密度处处相等,仅仅存在非常微小的起伏。
宇宙自诞生就在不断膨胀,内部温度也在缓慢下降,这将导致物质之间的引力推动宇宙结构的形成。
更令科学家意外的是宇宙中暗物质的总质量是普通物质的数倍,这些宇宙黑暗中的“隐匿者”顺理成章地成为了主导宇宙结构形成的中坚力量。
现实中的宇宙是以哪种暗物质为主体的?换句话说,我们所处宇宙的结构形成到底是热暗物质决定,还是冷暗物质决定?这个问题理论物理学家进行了长达几十年的争论。
哈弗—史密松森天文中心的玛格丽特•盖勒和她的同事通过新的绘图方式呈现了一个立体的星系,整个星系6度厚、跨度130度,星系分布非常不均匀,而且明显聚集在巨大的纤维结构上,这些纤维状结构又依附在巨大的泡状空洞结构上。
为了使整个星系的结构形成更好得呈现出来,他们甚至制造了一分钟左右的视频,在视频中,宇宙切片缓慢转动,给观众呈现了上帝视角,在场的人全都被星系的形成震惊!这明显是热暗物质为主体的宇宙所演化的情形,难道我们所处的是以热暗物质为主体的宇宙? 就在人们以为暗物质之争结束时,事情发生了转机。
英国物理学家乔治•埃弗斯塔修改造了用于凝聚态物理的计算机程序,这可以彻底模拟引力作用下的N体演化问题。
当一切数据导入计算机程序之后,神奇的事情发生了,星系尺度的暗物质晕率先形成,星系团级别的暗晕、巨大的气泡状结构、纤维状结构随着时间的演化逐渐形成,这是冷暗物质为主体宇宙形成的典型特征。
这项计算机模拟结果于1983年至1988年陆续发表,并且,计算机N体数值模拟成为了研究宇宙演化问题的标准理论化工具。
长达几十年的宇宙演化争论至此结束,然而结果确实出乎意料的。
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