暗能量到底是什么东西呢?还有暗物质?

2020-08-16 文化 102阅读
首先暗能量并不是凭空捏造出来的,有它存在的理论基础,任何一个高深的理论都有一个很原始很简单的开端,这也是研究科学史的重要性,,你之所以不理解,说明你根本不知道它的提出过程,这也是以后看这些理论东西的需要注意的地方。 不过,我也喜欢物理,很欣赏你的善于思考,下面是一些关于暗物质的资料希望对你有些帮助:暗物质问题的提出
“我们至今所能达到的最远的距离为1.5亿光年,但在这个距离内我们已经发现天体在分散着,好像是受了一种扩散力似的。我们暂时在这里这样结论,宇宙斥力已获得胜利,而支配着扩散。” ——A•S•爱丁顿,1932年。
麦克斯韦在1879年即将逝世时强调写道:“在形成一个前后不出现矛盾的以太结构的问题上,不论我们有多大的困难,而行星际之间和星际之间决不是空无所有的,而是被我们所不大了解的而且可能是最均匀的无疑是最大量的物体或物质实体所占据。”宇宙中普遍存在着“暗物质”(目前未能科学证实的物质存在形式),有三点确认的证据:一是可观察宇宙具有确认的扁平体结构,这是宇宙背景辐射探测器和威尔金森各向异性探测器一致得到的观察结论。既然是扁平体的宇宙结构,就必然有相应的宇宙总质量密度。二是得到天文观察证明的星系或星系团的运动学质量值,这些我们已知的物质量,充其量只能满足这个扁平体结构所需要的总质量密度的4%。三是螺旋星系内部空间的运动学效应,例如要保持太阳目前在银河系中的运动速度(每秒220千米),如果需要太阳所在位置的质量为1个单位的话,太阳实际的质量只占2.6%,97.4%的质量真还不知道藏在什么地方。问题的严重性只需要用一句话就可以概括了;如果20世纪的科学理论只能让世人面对4%(或2.6%)可看得见的物理学天空(现有科学理论适用的范围),问题该有多么严重。
由于真空的特殊地位,李政道等许多理论物理学家都认为:现代物理的疑难可能都与真空有关。李政道教授说:暗物质的存在有什么根据呢?现在我重点讲一下。我们随便看一个星系,它的直径大约为20千秒差距(Kiloparsec)。在星系的周边,随便哪个星,哪个灰尘或者气体云,都各以某一速度运动,离心力是速度的平方除以那一物体离中心的距离r,这个离心力应跟引力相平衡,引力是牛顿常数跟星云里的质量相乘,除以r的平方(即公式 ,等式左边是重力加速度,右边是圆周运动的向心加速度,李政道教授在这里说的离心力,是因为物体在作圆周运动时,向心力与离心力的大小是相等的.).所以如果你已知某个星体离星云中心的距离r,我们测量这个星体的速度V,就可以算出在这个星云里面有多少物质存在。以星系NGC3192为例,它的发光区域长约15千秒差距,但是到距离中心30千伯色处,星的速度还在增加,这表示除了看得见的物质外还有绝大多数是看不见的物质。看得见是什么意思呢?除了眼睛看得见,也包括用电磁波、红外光可以测量。看不见的暗物质不放可见光、红外光或电磁波,但它也有万有引力。由于暗物质的存在,远离星系中心的物质的速度不随距离的增大而减少。这种现象不是个别的,对所有测量过的967个星系,所有测量结果都是这样的,没有一个例外。就是说所有的星系里面绝大多数的物质都是暗物质.(引自 李政道.《物理学的挑战》。【1】
为了完善宇宙Big Bang Cosmology理论,1980年科学家引入了暴胀宇宙的概念。它是说宇宙在较早的时期膨胀得较快。这一概念解决了一对矛盾:如果我们回溯今日可见的宇宙膨胀历史,当宇宙的年龄为10-35秒的时候,宇宙将被压缩到一个半径3毫米的区域中。但是从宇宙膨胀开始到那时,光能行进的距离只有3×10-25厘米。这是任何信号能传播的距离。根据暴胀理论的推算,宇宙的平均密度应为2×10-29克/厘米3。但人们观测到的宇宙中发光物质密度至多为这一密度的0.1。就是说,宇宙中有90%以上的物质我们至今几乎一无所知。科学家把它们称作暗物质。暗物质存在的一个重要证据是,天文学家观测到一些恒星的运动速度比理论上计算的要快得多,显然有许多看不见的暗物质在吸引着这些恒星。如果暗物质也是由原子或分子组成的话,它们在宇宙早期就会参加核反应,从而使这些元素的丰富程度低于今天的观测值。它不和这些粒子发生任何作用。科学家把它起名为“WIMP”,它的中文意思是“弱相互作用重粒子”。由于暗物质的存在,远离星系中心的物质的速度不随距离的增大而减少。这种现象不是个别的,对所有测量过的967个星系,所有测量结果都是这样的,没有一个例外。就是说所有的星系里面绝大多数的物质都是暗物质.中国科学院何祚庥院士认为,宇宙中是否除质子、中子,电子等“会”发光的物质以外,还存在着在原则上就不会发光的物质,或者说宇宙中是否存在占95%以上的暗物质和暗能量亦即透明物质的问题,这是当前宇宙论研究中一个重大的热点。其实,在宇宙学的领域,直到现在也还没有解决“何谓暗物质”? 暗物质有两种形式:一是热暗物质;二是冷暗物质。热暗物质的最佳候选者是中微子。但中微子构成暗物质的前提,是三种中微子之中,至少有某一种中微子具有静止质量。至于冷暗物质,一般公认为带有超对称性质的中性重粒子。
去年威尔金森微波背景各向异性探测器(WMAP)和斯隆数字巡天(SDSS)天文观测以其对宇宙学参数的精确测量,进一步强有力地支持了这一模型。这在人类探索宇宙奥秘和物质基本结构的道路上无疑是一个光辉的成就。WMAP的结果告诉我们,宇宙中普通物质只占4%,23%的物质为暗物质,73%是暗能量, SDSS 也给出类似的结果。从物质基本结构的观点出发,普通的物质,如树木、桌子以及我们人类本身,是由分子、原子构成。然而分子、原子不是最基本的,目前已知的最基本的粒子是由粒子物理标准模型所描述的夸克和轻子以及传递相互作用的粒子(如光子,胶子等)。北京正负电子对撞机就是系统地研究其中的粲(charm)夸克和陶(tau)轻子。
大量间接证据表明,宇宙中确实存在着暗物质。―种理论认为,暗物质是由弱相互作用大质量粒子(Wimp)构成的。计算机模拟显示,如果缺少了这部分物质,就无法构成现实的宇宙。但由于暗物质本身的特性,要直接找到它们极为困难。证实暗物质存在的最有效方法,就是找到弱相互作用大质量粒子。
美国著名物理学家斯莫林最近写了一本新书《物理学的困惑》(中译本),他对弦论、暗物质和暗能量理论所持的批判态度,以及物理学需要第二个爱因斯坦的呼吁,是令人深思的。早在1943年英国物理学家阿瑟•米恩已经证明,利用牛顿引力理论可以很简单地导出弗里德曼方程,而弗里德曼方程就是现代标准宇宙学的基本方程。参考俞允强先生的《大爆炸宇宙学》第16页。现有宇宙学中许多结果,包括暗物质和暗能量的推论,以及宇宙学中所有的奇谈怪论,都是在弗里德曼方程基础上导出的。罗伯逊-沃克度规导致膨胀宇宙中天体发出光的运动速度满足伽利略相加规则,违背光速与光源运动状态无关这一现代物理学基本规则,破坏光速不变原理。因此罗伯逊—沃克度规描述的实际上是牛顿力学意义上的时空结构,不是现代物理学相对论意义上的时空结构。其次是用了静态能量动量张量。然而地球观察者与膨胀宇宙的物质之间存在相对运动速度,描述膨胀宇宙必须采用动态能量动量张量,不应当用静态的能量动量张量。如果采用满足相对论光速不变的度规和动态能量动量张量,在爱因斯坦引力场方程基础上就得不到现有的弗里德曼方程。
自我感觉,有光的地方可以理解为光可以存在的地方,感觉必然存在,但没有光的地方却不一定不存在,本人感觉暗能量是铺满全宇宙的,而光却不是,暗物质应该是物质的另一种存在形式,只是我们不可见而没有一个直观的认识,所以才感觉到一丝神秘和不解,从另一个视角看它,就是物质的另一种存在形式。
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