宇宙中的暗物質是什么（暗物質是什么）

關于宇宙中的暗物質是什么，暗物質是什么這個問題很多朋友還不知道，今天小六來為大家解答以上的問題，現(xiàn)在讓我們一起來看看吧！

1、什么是暗物質？暗物質(包括暗能量)被認為是宇宙研究中最具挑戰(zhàn)性的課題，它代表了宇宙中90%以上的物質含量，而我們可以看到的物質只占宇宙總物質量的10%不到(約5％左右)。

2、暗物質無法直接觀測得到，但它卻能干擾星體發(fā)出的光波或引力，其存在能被明顯地感受到。

3、科學家曾對暗物質的特性提出了多種假設，但直到目前還沒有得到充分的證明。

4、　　幾十年前，暗物質(dark matter)剛被提出來時僅僅是理論的產(chǎn)物，但是現(xiàn)在我們知道暗物質已經(jīng)成為了宇宙的重要組成部分。

5、暗物質的總質量是普通物質的6.3倍，在宇宙能量密度中占了1/4，同時更重要的是，暗物質主導了宇宙結構的形成。

6、暗物質的本質現(xiàn)在還是個謎，但是如果假設它是一種弱相互作用亞原子粒子的話，那么由此形成的宇宙大尺度結構與觀測相一致。

7、不過，最近對星系以及亞星系結構的分析顯示，這一假設和觀測結果之間存在著差異，這同時為多種可能的暗物質理論提供了用武之地。

8、通過對小尺度結構密度、分布、演化以及其環(huán)境的研究可以區(qū)分這些潛在的暗物質模型，為暗物質本性的研究帶來新的曙光。

9、 　　大約65年前，第一次發(fā)現(xiàn)了暗物質存在的證據(jù)。

10、當時，弗里茲·扎維奇發(fā)現(xiàn)，大型星系團中的星系具有極高的運動速度，除非星系團的質量是根據(jù)其中恒星數(shù)量計算所得到的值的100倍以上，否則星系團根本無法束縛住這些星系。

11、之后幾十年的觀測分析證實了這一點。

12、盡管對暗物質的性質仍然一無所知，但是到了80年代，占宇宙能量密度大約20%的暗物質以被廣為接受了。

13、 　　在引入宇宙膨脹理論之后，許多宇宙學家相信我們的宇宙是平直的，而且宇宙總能量密度必定是等于臨界值的（這一臨界值用于區(qū)分宇宙是封閉的還是開放的）。

14、與此同時，宇宙學家們也傾向于一個簡單的宇宙，其中能量密度都以物質的形式出現(xiàn)，包括4%的普通物質和96%的暗物質。

15、但事實上，觀測從來就沒有與此相符合過。

16、雖然在總物質密度的估計上存在著比較大的誤差，但是這一誤差還沒有大到使物質的總量達到臨界值，而且這一觀測和理論模型之間的不一致也隨著時間變得越來越尖銳。

17、 　　當意識到?jīng)]有足夠的物質能來解釋宇宙的結構及其特性時，暗能量出現(xiàn)了。

18、暗能量和暗物質的唯一共同點是它們既不發(fā)光也不吸收光。

19、從微觀上講，它們的組成是完全不同的。

20、更重要的是，像普通的物質一樣，暗物質是引力自吸引的，而且與普通物質成團并形成星系。

21、而暗能量是引力自相斥的，并且在宇宙中幾乎均勻的分布。

22、所以，在統(tǒng)計星系的能量時會遺漏暗能量。

23、因此，暗能量可以解釋觀測到的物質密度和由暴漲理論預言的臨界密度之間70-80%的差異。

24、之后，兩個獨立的天文學家小組通過對超新星的觀測發(fā)現(xiàn)，宇宙正在加速膨脹。

25、由此，暗能量占主導的宇宙模型成為了一個和諧的宇宙模型。

26、最近威爾金森宇宙微波背景輻射各向異性探測器（Wilkinson Microwave Anisotrope Probe，WMAP）的觀測也獨立的證實了暗能量的存在，并且使它成為了標準模型的一部分。

27、 　　暗能量同時也改變了我們對暗物質在宇宙中所起作用的認識。

28、按照愛因斯坦的廣義相對論，在一個僅含有物質的宇宙中，物質密度決定了宇宙的幾何，以及宇宙的過去和未來。

29、加上暗能量的話，情況就完全不同了。

30、首先，總能量密度（物質能量密度與暗能量密度之和）決定著宇宙的幾何特性。

31、其次，宇宙已經(jīng)從物質占主導的時期過渡到了暗能量占主導的時期。

32、大約在“大爆炸”之后的幾十億年中暗物質占了總能量密度的主導地位，但是這已成為了過去。

33、現(xiàn)在我們宇宙的未來將由暗能量的特性所決定，它目前正時宇宙加速膨脹，而且除非暗能量會隨時間衰減或者改變狀態(tài)，否則這種加速膨脹態(tài)勢將持續(xù)下去。

34、 　　不過，我們忽略了極為重要的一點，那就是正是暗物質促成了宇宙結構的形成，如果沒有暗物質就不會形成星系、恒星和行星，也就更談不上今天的人類了。

35、宇宙盡管在極大的尺度上表現(xiàn)出均勻和各向同性，但是在小一些的尺度上則存在著恒星、星系、星系團、巨洞以及星系長城。

36、而在大尺度上能過促使物質運動的力就只有引力了。

37、但是均勻分布的物質不會產(chǎn)生引力，因此今天所有的宇宙結構必然源自于宇宙極早期物質分布的微小漲落，而這些漲落會在宇宙微波背景輻射（CMB）中留下痕跡。

38、然而普通物質不可能通過其自身的漲落形成實質上的結構而又不在宇宙微波背景輻射中留下痕跡，因為那時普通物質還沒有從輻射中脫耦出來。

39、 　　另一方面，不與輻射耦合的暗物質，其微小的漲落在普通物質脫耦之前就放大了許多倍。

40、在普通物質脫耦之后，已經(jīng)成團的暗物質就開始吸引普通物質，進而形成了我們現(xiàn)在觀測到的結構。

41、因此這需要一個初始的漲落，但是它的振幅非常非常的小。

42、這里需要的物質就是冷暗物質，由于它是無熱運動的非相對論性粒子因此得名。

43、 　　在開始闡述這一模型的有效性之前，必須先交待一下其中最后一件重要的事情。

44、對于先前提到的小擾動（漲落），為了預言其在不同波長上的引力效應，小擾動譜必須具有特殊的形態(tài)。

45、為此，最初的密度漲落應該是標度無關的。

46、也就是說，如果我們把能量分布分解成一系列不同波長的正弦波之和，那么所有正弦波的振幅都應該是相同的。

47、暴漲理論的成功之處就在于它提供了很好的動力學出發(fā)機制來形成這樣一個標度無關的小擾動譜（其譜指數(shù)n=1）。

48、WMAP的觀測結果證實了這一預言，其觀測到的結果為n=0.99±0.04。

49、 　　但是如果我們不了解暗物質的性質，就不能說我們已經(jīng)了解了宇宙。

50、現(xiàn)在已經(jīng)知道了兩種暗物質--中微子和黑洞。

51、但是它們對暗物質總量的貢獻是非常微小的，暗物質中的絕大部分現(xiàn)在還不清楚。

52、這里我們將討論暗物質可能的候選者，由其導致的結構形成，以及我們如何綜合粒子探測器和天文觀測來揭示暗物質的性質。

本文分享完畢，希望對大家有所幫助。

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