暗物質(zhì) Dark material

【Jeremiah P. Ostriker和Paul Steinhardt 著 Shea 譯】幾十年前，暗物質(zhì)(dark matter)剛被提出來時(shí)僅僅是理論的產(chǎn)物，但是現(xiàn)們知道暗物質(zhì)已經(jīng)成為了宇宙的重要組成部分。暗物質(zhì)的總質(zhì)量是普通物質(zhì)的6倍，在宇宙能量密度中占了1/4，同時(shí)更重要的是，暗物質(zhì)主導(dǎo)了宇宙結(jié)構(gòu)的形成。暗物質(zhì)的本質(zhì)現(xiàn)在還是個(gè)謎，但是如果假設(shè)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(jié)構(gòu)與觀測相一致。不過，最近對(duì)星系以及亞星系結(jié)構(gòu)的分析顯示，這一假設(shè)和觀測結(jié)果之間存在著差異，這同時(shí)為多種可能的暗物質(zhì)理論提供了用武之地。通過對(duì)小尺度結(jié)構(gòu)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(zhì)模型，為暗物質(zhì)本性的研究帶來新的曙光。

大約65年前，第一次發(fā)現(xiàn)了暗物質(zhì)存在的證據(jù)。當(dāng)時(shí)，弗里茲·扎維奇（Fritz Zwicky）發(fā)現(xiàn)，大型星系團(tuán)中的星系具有極高的運(yùn)動(dòng)速度，除非星系團(tuán)的質(zhì)量是根據(jù)其中恒星數(shù)量計(jì)算所得到的值的100倍以上，否則星系團(tuán)根本無法束縛住這些星系。之后幾十年的觀測分析證實(shí)了這一點(diǎn)。盡管對(duì)暗物質(zhì)的性質(zhì)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(zhì)以被廣為接受了。

在引入宇宙暴漲理論之后，許多宇宙學(xué)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）。與此同時(shí)，宇宙學(xué)家們也傾向于一個(gè)簡單的宇宙，其中能量密度都以物質(zhì)的形式出現(xiàn)，包括4%的普通物質(zhì)和96%的暗物質(zhì)。但事實(shí)上，觀測從來就沒有與此相符合過。雖然在總物質(zhì)密度的估計(jì)上存在著比較大的誤差，但是這一誤差還沒有大到使物質(zhì)的總量達(dá)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(shí)間變得越來越尖銳。

當(dāng)意識(shí)到?jīng)]有足夠的物質(zhì)能來解釋宇宙的結(jié)構(gòu)及其特性時(shí)，暗能量出現(xiàn)了。暗能量和暗物質(zhì)的唯一共同點(diǎn)是它們既不發(fā)光也不吸收光。從微觀上講，它們的組成是完全不同的。更重要的是，像普通的物質(zhì)一樣，暗物質(zhì)是引力自吸引的，而且與普通物質(zhì)成團(tuán)并形成星系。而暗能量是引力自相斥的，并且在宇宙中幾乎均勻的分布。所以，在統(tǒng)計(jì)星系的能量時(shí)會(huì)遺漏暗能量。因此，暗能量可以解釋觀測到的物質(zhì)密度和由暴漲理論預(yù)言的臨界密度之間70-80%的差異。之后，兩個(gè)獨(dú)立的天文學(xué)家小組通過對(duì)超新星的觀測發(fā)現(xiàn)，宇宙正在加速膨脹。由此，暗能量占主導(dǎo)的宇宙模型成為了一個(gè)和諧的宇宙模型。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(dú)立的證實(shí)了暗能量的存在，并且使它成為了標(biāo)準(zhǔn)模型的一部分。

暗能量同時(shí)也改變了我們對(duì)暗物質(zhì)在宇宙中所起作用的認(rèn)識(shí)。按照愛因斯坦的廣義相對(duì)論，在一個(gè)僅含有物質(zhì)的宇宙中，物質(zhì)密度決定了宇宙的幾何，以及宇宙的過去和未來。加上暗能量的話，情況就完全不同了。首先，總能量密度（物質(zhì)能量密度與暗能量密度之和）決定著宇宙的幾何特性。其次，宇宙已經(jīng)從物質(zhì)占主導(dǎo)的時(shí)期過渡到了暗能量占主導(dǎo)的時(shí)期。大約在“大爆炸”之后的幾十億年中暗物質(zhì)占了總能量密度的主導(dǎo)地位，但是這已成為了過去�，F(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(shí)宇宙加速膨脹，而且除非暗能量會(huì)隨時(shí)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。

不過，我們忽略了極為重要的一點(diǎn)，那就是正是暗物質(zhì)促成了宇宙結(jié)構(gòu)的形成，如果沒有暗物質(zhì)就不會(huì)形成星系、恒星和行星，也就更談不上今天的人類了。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(tuán)、巨洞以及星系長城。而在大尺度上能過促使物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的力就只有引力了。但是均勻分布的物質(zhì)不會(huì)產(chǎn)生引力，因此今天所有的宇宙結(jié)構(gòu)必然源自于宇宙極早期物質(zhì)分布的微小漲落，而這些漲落會(huì)在宇宙微波背景輻射（CMB）中留下痕跡。然而普通物質(zhì)不可能通過其自身的漲落形成實(shí)質(zhì)上的結(jié)構(gòu)而又不在宇宙微波背景輻射中留下痕跡，因?yàn)槟菚r(shí)普通物質(zhì)還沒有從輻射中脫耦出來。

另一方面，不與輻射耦合的暗物質(zhì)，其微小的漲落在普通物質(zhì)脫耦之前就放大了許多倍。在普通物質(zhì)脫耦之后，已經(jīng)成團(tuán)的暗物質(zhì)就開始吸引普通物質(zhì)，進(jìn)而形成了我們現(xiàn)在觀測到的結(jié)構(gòu)。因此這需要一個(gè)初始的漲落，但是它的振幅非常非常的小。這里需要的物質(zhì)就是冷暗物質(zhì)，由于它是無熱運(yùn)動(dòng)的非相對(duì)論性粒子因此得名。

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。對(duì)于先前提到的小擾動(dòng)（漲落），為了預(yù)言其在不同波長上的引力效應(yīng)，小擾動(dòng)譜必須具有特殊的形態(tài)。為此，最初的密度漲落應(yīng)該是標(biāo)度無關(guān)的。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(yīng)該是相同的。暴漲理論的成功之處就在于它提供了很好的動(dòng)力學(xué)出發(fā)機(jī)制來形成這樣一個(gè)標(biāo)度無關(guān)的小擾動(dòng)譜（其譜指數(shù)n=1）。WMAP的觀測結(jié)果證實(shí)了這一預(yù)言，其觀測到的結(jié)果為n=0.99±0.04。

但是如果我們不了解暗物質(zhì)的性質(zhì)，就不能說我們已經(jīng)了解了宇宙�，F(xiàn)在已經(jīng)知道了兩種暗物質(zhì)--中微子和黑洞。但是它們對(duì)暗物質(zhì)總量的貢獻(xiàn)是非常微小的，暗物質(zhì)中的絕大部分現(xiàn)在還不清楚。這里我們將討論暗物質(zhì)可能的候選者，由其導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)形成，以及我們?nèi)绾尉C合粒子探測器和天文觀測來揭示暗物質(zhì)的性質(zhì)。

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下面是更多關(guān)于黑暗物質(zhì)的問答

暗可能是某種或某些相互作弱粒子，在已知的粒子中有可能是質(zhì)的就是微。這種粒子的作用很弱，可以穿越地球，而且數(shù)量很多。按照宇宙學(xué)的理論，平均每立方厘米中約有100個(gè)微中子，這就是說，在你身體的范圍里，少說也有10萬個(gè)微中子 NASA發(fā)現(xiàn)黑暗能量 宇宙不會(huì)塌毀

(2003-02-10)

美國NASA將在本星期宣布，已經(jīng)證明“黑暗能量”（dark energy）的存在；該宇宙力量與重衡，而且讓宇宙永遠(yuǎn)擴(kuò)張，不致坍縮。

英國「周日電訊報(bào)」九日?qǐng)?bào)導(dǎo)，NASA的宣布，應(yīng)能令叫學(xué)術(shù)界數(shù)十年來為宇宙當(dāng)中正在作用的力量而衍生的爭論止歇；另外，也能叫宇宙會(huì)因「大坍縮」（Big Crunch）而崩潰毀滅的理論，為之嘎然而止。

在過去，愛因斯坦、霍金等著名學(xué)者都認(rèn)定，宇宙終究會(huì)停止擴(kuò)張，然后因重力而告坍縮，宇宙當(dāng)中的生命屆時(shí)便會(huì)悉數(shù)毀滅。

然而，NASA的研究指出，前述的學(xué)術(shù)分析有誤。該署去年一整年動(dòng)用“微波異向性探測衛(wèi)星”，探索宇宙深層，發(fā)現(xiàn)到某形態(tài)的“熱點(diǎn)”（hot spot）；熱點(diǎn)可證明宇宙正在膨脹。

這種現(xiàn)象顯示，唯一可能導(dǎo)致宇宙膨升的黑暗能量的確存在，而宇宙膨脹的力量之快，絕不會(huì)因重力而坍毀，因此，大坍縮的機(jī)率便爾消失。

世界科學(xué)界把航太總署的此發(fā)現(xiàn)譽(yù)為宇宙史最最重大事件之一，而且提醒世人注意到航太總署的科學(xué)成就，不應(yīng)該因?yàn)楸驹鲁酢案鐐惐葋喬?hào)”解體爆炸的悲劇，而被輕忽抹殺。

航太總署觀測結(jié)果與先前理論物理學(xué)家的計(jì)算非常吻合，即宇宙中可見物體大自銀河、星辰，小至人類或細(xì)菌，其組成物質(zhì)只占宇宙物質(zhì)總量的5%不到，剩下的質(zhì)量當(dāng)中，約有30%由神秘未知的“黑暗物質(zhì)”（dark matter）與65%的黑暗能量組成；黑暗能量即各大星系以不斷增加的速度彼此漸行漸遠(yuǎn)的宇宙斥力。

黑暗能量挽救宇宙

宇宙將繼續(xù)存在260億年，而不會(huì)像先前科學(xué)家預(yù)計(jì)的那樣在110億年內(nèi)在大爆炸中崩潰。根據(jù)黑暗能量理論（一種看不見的反作用于重力吸引的力量），科學(xué)家得出結(jié)論說宇宙在以更快的速度擴(kuò)張。哈勃望遠(yuǎn)鏡最新發(fā)現(xiàn)有數(shù)只超新星在以更快的速度遠(yuǎn)離我們，這表明宇宙在更快地膨脹，斯坦福大學(xué)的教授據(jù)此估計(jì)，宇宙的壽命會(huì)是它目前年紀(jì)的三倍，再延續(xù)240億年是沒問題的。黑暗能量會(huì)隨著宇宙的擴(kuò)張而增加。目前科學(xué)家對(duì)宇宙的命運(yùn)眾說紛紜，有的說宇宙會(huì)無限膨脹下去，有的科學(xué)家則認(rèn)為宇宙不會(huì)無限擴(kuò)張，將在下一次大爆炸中消失。■ 這成人內(nèi)容是黑色雜質(zhì)，創(chuàng)造了參差不齊的東西，比雜志比較

暗能量和質(zhì)是不可見的、能推宙運(yùn)能量，宇宙有的恒星和行星的運(yùn)動(dòng)皆是由暗能量與萬有引力來推動(dòng)的。根據(jù)“普朗克”探測器收集的數(shù)據(jù)，科學(xué)家對(duì)宇宙的組成部分有了新的認(rèn)識(shí)，宇宙中普通物質(zhì)和暗物質(zhì)的比例高于此前假設(shè)(73%)，而暗能量這股被認(rèn)為是導(dǎo)致宇宙加速膨脹的神秘力量則比想象中少，占不到70%。[1]  [2] 暗能量是宇宙學(xué)研究的一個(gè)里程碑性的重大成果。支持暗能量的主要證據(jù)有兩個(gè)。一是對(duì)遙遠(yuǎn)的超新星所進(jìn)行的大量觀測表明，宇宙在加速膨脹。按照愛因斯坦引力場方程，加速膨脹的現(xiàn)象推論出宇宙中存在著壓強(qiáng)為負(fù)的“暗能量”。

追問

不是暗物質(zhì)�。�，而且，我要的是定義��！

http://zhidao.baidu.com/question/2446382.html

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