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暗能量和暗物质的基础知识

通过大卫先生|2015年的11月5日

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20世纪90年代开始的观测支持了宇宙正在加速膨胀的观点。这种加速膨胀不再只是一种假设,而是一个公认的事实。但要让它真正发挥作用,还需要一个重大的信念飞跃。

假设宇宙的膨胀速率只依赖于物质的惯性,而物质的惯性是在神秘的瞬间膨胀之后形成的。如果这是真的,膨胀的速度将不会增加到1a型超新星观测所显示的程度。

为了解释这种差异,有必要假设暗能量渗透整个宇宙。这是一个很弱的力,但因为它的量很大,最终的结果是一个强大的排斥力,作用于所有物质,使它们以更快的速度散开。

这种能量之所以被称为暗能量,仅仅是因为我们无法以任何方式看到或探测到它。科学家们只是推测,它是观测到的宇宙加速膨胀的原因。

虽然还没有观测到暗能量,但它存在的证据是令人信服的。首先,对-à-vis红移的距离测量表明,宇宙自其时间中点以来一直在膨胀。此外,需要额外的能量来解释宇宙的平坦本质,而不是一个具有球面曲率的宇宙。此外,暗能量对于解释宇宙中质量密度的巨大波动模式是必要的。

根据暗能量对膨胀速度的影响,可以计算出宇宙中暗能量的数量。根据目前的想法,宇宙的68%是暗能量。暗物质占27%。剩下的,所有我们观察到的,都小于总数的5%

有人提出暗能量是空间的固有属性。自从阿尔伯特·爱因斯坦在20世纪初极大地改变了我们对现实的理解以来,人们已经知道,空间不是空洞的抽象概念,而是在整个图景中具有主动而不是被动的参与者的特性。

进一步的理论认为暗能量实际上是一个宇宙常数,也就是说,暗能量均匀地充满了所有空间,密度没有变化。或者,暗能量被看作是一个标量场,它的密度随时间和空间而变化。在任何一种情况下,它的效果都是一个微小但无处不在的负压,导致所有物质以加速的速度爆炸。

暗能量的存在已经被进一步证实(超越了超新星观测),因为它是解释宇宙微波背景噪声惊人平坦分布的任何理论的必要组成部分。要使这种分布是均匀的,就像被高度精确的测量所证实的那样,质量和能量的密度必须达到一定的水平。为了达到这个密度水平暗能量必须存在。由于这些原因,暗能量的存在是相当确定的,而且它的存在比例已经被提出。

哈勃暗物质

和暗能量一样,暗物质也是假想的。目前的估计是暗物质约占宇宙总物质的85%。这一大量数据对于解释各种观测现象是必要的,包括星系旋转曲线、背景物体的引力透镜、星系团中的热气体分布和极小的宇宙微波背景不规则性。许多研究人员认为暗物质是由一种尚未被发现的亚原子粒子组成的。

一般认为暗物质是由弱相互作用的大质量粒子(WIMPs)组成的。这些物体只能通过重力和弱力相互作用。大多数暗物质都是非重子的,这意味着暗物质不会形成原子,因为暗物质不带电荷。

大约在1970年,研究人员Vera Rubin是第一个准确量化暗物质的人。她使用一种改进的、灵敏度更高的摄谱仪,以前所未有的精确度测量了螺旋星系的角速度。她计算出大多数星系的质量应该是观测到的质量的六倍。在这里,暗物质再次被激活来弥补差异。

虽然中微子(暗物质的一种形式)确实已经被探测到,但大多数这种非相互作用的物质都逃过了观察者的眼睛。但人们普遍认为,大多数星系的暗物质比可见物质多。

然而,在某些情况下,暗物质即使不是完全不存在,也是一种次要成分。例如,球状星团(作为卫星围绕星系核心运行的球状恒星集合)似乎不包含暗物质。相比之下,位于星系外围的星际气体,除了一些椭圆星系之外,有证据表明暗物质的比例超过了一般水平,高达95%。

暗物质有好几种。有一组分类,有点异想天开地把它们称为冷、热和热。冷暗物质是符合大多数观测结果的假设类型。组件有一个小的自由流长度。(自由流长度是指暗物质在早期宇宙中由于随机运动而移动的距离,在此距离之前暗物质会因宇宙膨胀而减速。)热暗物质可能在原始星系和星系团的形成中没有发挥作用。热暗物质的粒子有一个矮星系大小的自由流动。不用说,还没有观察到这样的粒子。热暗物质在理论上具有可与原始星系相媲美的自由流长度。

有可能在实验室里发现了暗物质,但现在还不是绝对肯定的。在不久的将来,研究人员可能会更准确地确定这些难以捉摸的现象的本质。

《华盛顿邮报》暗能量和暗物质的基础知识第一次出现在测试和测量提示.


了下:测试和测量提示


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