暗物質(zhì)與暗能量

1、 料推薦暗物質(zhì)與暗能量摘要本文通過宇宙大爆炸理論引入暗物質(zhì)與暗能量，并介紹了暗物質(zhì)和暗能量，列舉了目前研究暗物質(zhì)暗能量的研究模型，簡(jiǎn)述了暗物質(zhì)暗能量對(duì)宇宙未來發(fā)展的影響。關(guān)鍵詞宇宙大爆炸、暗物質(zhì)、暗能量一、暗能量、暗物質(zhì)起源宇宙的起源和演化問題一直是科學(xué)研究最活躍的領(lǐng)域之一，牛頓提出了無限宇宙模型，愛因斯坦根據(jù)相對(duì)論的基本原理建立起有限無邊的宇宙模型；哈勃定律確證了整個(gè)宇宙處于的膨脹狀態(tài)， 伽莫夫和他的同事提出了大爆炸宇宙理論，經(jīng)過百年的發(fā)展人們以普遍接受宇宙大爆炸理論， 即認(rèn)為原始的宇宙是一個(gè)奇點(diǎn)，現(xiàn)在的宇宙時(shí)空正是從這個(gè)奇點(diǎn)爆炸出來的。宇宙是大約150 億年前由溫度極高且密度極大、體積極小

2、的物質(zhì)迅速膨脹形成，是一個(gè)由熱到冷， 由密到稀不斷膨脹的過程，尤如一次規(guī)模極其巨大的大爆炸，大爆炸之后的宇宙一直在膨脹著。 但是這個(gè)模型遺留了很多問題，如理論上宇宙應(yīng)該是減速，但實(shí)際觀察結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)實(shí)際的宇宙正在加速膨脹，因此提出了暗能量，宇宙在暗能量的推動(dòng)下進(jìn)行著膨脹。暗物質(zhì)的概念也源于大爆炸理論。根據(jù)大爆炸理論可以推算發(fā)生大爆炸所對(duì)應(yīng)的物理能量、以及宇宙間應(yīng)有的物質(zhì)總量。按著這個(gè)理論如果宇宙每10 億年膨脹5一 10的話，那么哈勃望遠(yuǎn)鏡所能夠探測(cè)到的宇宙的總成份加起來比用以阻止膨脹的臨界值的4還少。這就是說，宇宙的總成份應(yīng)是迄今所能觀測(cè)到的重物質(zhì)的25 倍還多，如果這一理論正確的話，宇宙中還

3、應(yīng)有90以上的物質(zhì)尚未被發(fā)現(xiàn)。除去73的暗能量外，宇宙中還應(yīng)存在著大量的暗物質(zhì)。【1】通過對(duì)球狀星系觀察螺旋速度證明了其存在，但是迄今為止還未真正的探測(cè)到暗物質(zhì)，目前認(rèn)為中微子為暗物質(zhì)的一種二、暗能量、暗物質(zhì)暗物質(zhì)是一種比電子和光子還要小的物質(zhì)，不帶電荷， 不與電子發(fā)生干擾，能夠穿越電磁波和引力場(chǎng)， 是宇宙的重要組成部分。暗物質(zhì)的密度極小，但是數(shù)量非常多。暗物質(zhì)無法直接觀測(cè)到， 但它有顯著的引力效應(yīng)，他能干擾星體發(fā)出的光波或引力。暗能量是一種充溢空間的、 增加宇宙膨脹速度的難以察覺到能量形式。能夠推動(dòng)宇宙運(yùn)動(dòng)的能量，宇宙中所有的恒星和行星的運(yùn)動(dòng)皆由暗能量與萬有引力來進(jìn)行推動(dòng)。由WMAP最新數(shù)據(jù)

4、宇宙的能量中暗能量占了68%，暗物質(zhì)占了28%，而人類可見的能量只占到宇宙能量的4%。1 料推薦2.1暗能量的基本特征暗能量的基本特征是具有負(fù)壓，在宇宙空間中幾乎均勻分布或者完全不接團(tuán)，宇宙的運(yùn)動(dòng)都是旋渦型的，所以暗能量總是以一種旋渦運(yùn)動(dòng)的形式出現(xiàn)。所以， 在暗能量的旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)能形成一種旋渦場(chǎng)，稱之為暗能量旋渦場(chǎng)。當(dāng)太陽(yáng)系的暗能量與物質(zhì)繞太陽(yáng)系中心的動(dòng)能相等時(shí)太陽(yáng)系漩渦場(chǎng)處于平衡態(tài)。暗能量它既不會(huì)膨脹也不會(huì)收縮?！?】2.2 暗物質(zhì)的成分長(zhǎng)久以來，最被看好的暗物質(zhì)僅僅是假說中的基本暗性粒子，它具有壽命長(zhǎng)、溫度低、無碰撞的特殊特性。溫度低意味著在脫耦時(shí)它們是非相對(duì)論性粒子，只有這樣它們才能在引力

5、作用下迅速成團(tuán)。壽命長(zhǎng)意味著它的壽命必須與現(xiàn)今宇宙年齡相當(dāng)，甚至更長(zhǎng)。由于成團(tuán)過程發(fā)生在比哈勃視界（宇宙年齡與光速的乘積）小的范圍內(nèi)， 而且這一視界相對(duì)宇宙而言非常的小，因此最先形成的暗物質(zhì)團(tuán)塊或者暗物質(zhì)暈比銀河系的尺度要小得多，質(zhì)量也要小得多。 隨著宇宙的膨脹和哈勃視界的增大，這些最先形成的小暗物質(zhì)暈會(huì)合并形成較大尺度的結(jié)構(gòu)，而這些較大尺度的結(jié)構(gòu)之后又會(huì)合并形成更大尺度的結(jié)構(gòu)。其結(jié)果就是形成不同體積和質(zhì)量的結(jié)構(gòu)體系，定性上這是與觀測(cè)相一致的。目前可能是暗物質(zhì)的有低溫?zé)o碰撞暗物質(zhì)、中性子及軸子?！?】三、暗物質(zhì)的探測(cè)方法與暗能量的幾種模型3.1 暗物質(zhì)的探測(cè)主要包括直接探測(cè)和間接探測(cè)直接探測(cè)通

6、過間接探測(cè)WIMP，間接探測(cè) WIMP。WIMP偶爾會(huì)撞上一個(gè)原子核。這一碰撞會(huì)散射原子核，進(jìn)而使之和周圍的原子核發(fā)生碰撞。由此科學(xué)家可以探測(cè)到這些相互作用所釋放出的熱量和閃光。對(duì)于暗物質(zhì)的直接探測(cè)實(shí)驗(yàn)一般都設(shè)置于地底深處， 以排除宇宙射線的背景噪聲。暗物質(zhì)的間接探測(cè)主要是觀測(cè)其兩兩湮滅時(shí)所產(chǎn)生的訊號(hào)?！?4】3.2 暗能量的研究模型暗能量模型中最簡(jiǎn)單的模型是宇宙學(xué)常數(shù)模型，是由愛因斯坦1917 年提出；Quintessence 模型， Quintessence 模型是通過引入一個(gè)標(biāo)量場(chǎng)，構(gòu)造出來的暗能量模型，并且這個(gè)標(biāo)量場(chǎng)僅和引力場(chǎng)有耦合；Phantom 模型，由Caidwell 提出，與Q

7、uintessence 模型不同的是， Caidwell 在 Phantom 模型中也引入了一個(gè)標(biāo)量場(chǎng)，但與Quintessence 不同的是，2 料推薦它的動(dòng)能項(xiàng)為負(fù)；Quintom模型， Quintom模型是將Quintessence 模型與 Phantom 模型結(jié)合在一起； Chaplygin Gas 模型，這種氣體被假設(shè)充滿了宇宙的整個(gè)空間，并引起了宇宙晚期的加速膨脹。 【 5】四、暗物質(zhì)暗能量對(duì)未來發(fā)展的影響斯坦福大學(xué)的卡羅希(R Kallosh)、林德 (A Linde)認(rèn)為：暗能量最終會(huì)由產(chǎn)生“反引力”轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)生引力，據(jù)現(xiàn)有超新星數(shù)據(jù)，會(huì)在180 億年以后。宇宙不是“大分裂”，而

8、是“大坍塌”，【 6】盡管目前人們對(duì)暗物質(zhì)暗能量的了解知之甚少，但弄清暗物質(zhì)、暗能量的本質(zhì)，弄清它如何左右宇宙的命運(yùn)是必須要進(jìn)行的。然而現(xiàn)在物理學(xué)的基本理論還無法解釋觀測(cè)到的這一暗能量。 暗能量是二十一世紀(jì)物理面臨的最大的挑戰(zhàn)。物理學(xué)對(duì)暗能量這種新類型物質(zhì)的探索才剛剛開始。 眾說紛紜， 但僅僅是一些猜測(cè)和設(shè)想，遠(yuǎn)沒有形成一個(gè)基本合理的解釋。 我們需要對(duì)于宇宙大尺度空間進(jìn)行更多更精確更系統(tǒng)的觀測(cè)，進(jìn)一步研究宇宙加速膨脹的規(guī)律， 確定暗能量的形式和物理特征，不同的暗能量形式將導(dǎo)致非常不同的宇宙膨脹的規(guī)律。 同時(shí)解決這一問題需要新的理論，這樣的理論一旦被找到，很可能是人們長(zhǎng)期追求的包括引力在內(nèi)的各種相互作用統(tǒng)一的量子理論。這將是一場(chǎng)重大的物理學(xué)革命。研究暗物質(zhì)、暗能量這些新的問題需要將描述微觀世界的粒子物理與描述宇觀世界的宇宙學(xué)結(jié)合起來。參考文獻(xiàn)【 1】 暗物質(zhì)暗能量 2015.5/link?url=bLtBAdf28DM67nDKnX2o8NqagXonZsP2awKFuyrtc9M6YKXeyREbFc_KvlKiWKeiBW9dSqWUMCry42ttdohlmq#6【2】張曉蘭宇宙中的暗物質(zhì)、暗能量大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文20080501【3】許書娟暗物質(zhì)與暗能量的探索科學(xué)文匯1672