天文学中的暗物质和暗能量问题之由来和困惑武向平?
(中国科学院国家天文台
北京
100012
2015-05-19收到
?email :wxp@https://www.doczj.com/doc/4f14313445.html,
DOI :10.7693/wl20150610
1宇宙起源
今天的宇宙学研究早已经冲破了“九重天”
的空间尺度和“七天创世纪”的宗教信仰,21世纪的宇宙学已经是最精密的自然科学之一。
为现代宇宙学研究带来革命性进展的天文学家无疑是哈勃,他在1929年发现了银河系周围星系的退行速度与其相距银河系之距离成正比。此观测事实给了后来的物理学家伽莫夫以启示:既然所有的星系都彼此相互远离,那么若沿着时间的长河逆向追溯,它们就必将在有限的时间里汇聚在一起;反之,若沿着时间发展的箭头,宇宙则就像发生过一次爆炸一样,从致密高温的状态膨胀散开。1948年,伽莫夫成功地预言了宇宙大爆炸的“火球”膨胀至今遗留下的温度应为50K (1956年修正为6K,并锁定在微波波段。而在1965年,两位Bell 实验室的工程师Penzias 和
Wilson 无意间得到了震惊世界的发现,尽管他们当时并未意识到所获得的与方向无关的天空噪声就是宇宙大爆炸的遗迹。虽然星系的退行和大爆炸火球的发现及其高度的各向同性,的确给宇宙大爆炸学说奠定了最坚实的观测基础,但人们很快就意识到,一个高度各向同性的大爆炸火球并不是人们所期望的。今天,浩瀚的宇宙中充满了以星系为基本单元的成员,它们并非均匀地分布于宇宙空间中,而是形成了有规则的结构:既有成千上万星系组成的“长城”,也有空空如也的“空洞”。一个过于均匀的大爆炸火球作为“种子”是无法形成我们今天所看到的有结构之宇宙。所以,大爆炸的遗迹(今天称之为宇宙微波背景辐射被发现后,人们就一直致力于寻找它上面是否存在不均匀的成分。终于,1992年由George Smoot 领导的一个小组借助于COBE 卫星发现了大爆炸火球上的十万分之一的温度起伏,且这些起伏正是人们期望看到的造就今天宇宙万物的“种子”!随后,诸多宇宙微波背景辐射探测卫星如WMAP 和PLANCK 以及南极的大量天文
实
科学家沙龙
验,已经把大爆炸火球的脸谱勾画得越来越清晰,其测量精度甚至达到了百万分之一!
除了宇宙中的基本成员星系之外,宇宙大爆炸演化的过程也自然地造就了世间的基本元素:宇宙大爆炸早期,宇宙温度很高,电子、质子和中子在大爆炸背景光子的作用下无法结合形成稳定的原子,只有当大爆炸火球的温度随着宇宙的膨胀降低到10亿度时,宇宙中的核合成才得以进行,而核合成仅仅持续了很短时间就又因宇宙温度过低而终止。所以,宇宙中仅仅合成了最轻的元素氢和氦,其他元素几乎没有机会产生。由于中子质量略大于质子质量(差别为1.293MeV,宇宙早期的热平衡保证了宇宙中有一个中子,大约就有六个质子,所以宇宙中大量的质子和电子结合,最先形成了氢,两个质子、两个中子和两个电子结合就形成了氦,其各占宇宙总重子物质的比例为:氢77%和氦23%。今天对宇宙各地,比如太阳、银河系、其他星系等的天文观测,都证实了这一比例。甚至,我们人体以氢为主的基本元素构成无不体现着宇宙大爆炸的痕迹。这的确是大爆炸宇宙学的又一巨大成功!那么我们熟知的化学元素周期表中的其他元素又是从哪里来的呢?其实,除了最重的几个人工合成元素,它们也都来自宇宙空间。比如锂、铍、硼就来自宇宙射线,而恒星演化的终结(如超新星爆发造就了其他重元素,包括人们熟知的金、银、铜、钻石等。
2宇宙的命运和暗物质
今天的宇宙正在膨胀,那么未来的宇宙是会继续膨胀还是会停止膨胀进而收缩回来呢?问题的答案取决于宇宙中所有物质产生的引力是否能阻止宇宙的膨胀。只要将牛顿第二定律和万有引力定律应用于我们的宇宙,我们就会发现:如果宇宙今天的平均密度超过一个临界值ρc,它将来就会停止膨胀并收缩回来;反之,平均密度若比ρc小,则宇宙将永远膨胀下去。临界密度ρc的值仅仅由万有引力常数G和哈勃常数H0决定,且ρc≈10-29g/cm3,这一数值仅仅相当于每一立方厘米的体积内存在百分之一个电子!可见,要求宇宙停止膨胀的物质密度其实很低。人们习惯性地定义一个密度参数ΩM=ρ/ρc,若ΩM>1则宇宙将会收缩回来,反之则会永远膨胀下去。
应用爱因斯坦的场方程于宇宙,则可以给出类似的结论,只不过增加了牛顿引力论中无法描述的能量项。事实上,引力场方程把时空(宇宙的性质和其中存在的物质能量完美地结合起来,即宇宙的时空由其中的物质能量唯一决定,而时空的特性也反映了其中物质和能量的存在形式。这样,在广义相对论框架下的宇宙动力学方程就简化为:Ωk=1-ΩM-ΩΛ,其中Ωk反映宇宙的几何性质,ΩM是宇宙的物质密度参
数,ΩΛ是宇宙的能量密度参数(又称宇宙学常数项。我们既可以用宇宙中物质和能量来描述宇宙的演化性质,也可以等价地使用宇宙的几何性质来描述宇宙未来演化的行为。若宇宙未来停止膨胀转为收缩,反映在几何性质上则是Ωk?0,或宇宙中三角形内角之和大于180°,引力主导引起时空弯曲;若宇宙永远膨胀下去,则Ωk<0,或宇宙中三角形内角之和小于180°,引力不足以抵抗膨胀;Ωk=0的宇宙则处于临界状态,此时宇宙将永远膨胀下去,但三角形内角之和正好是180°,欧几里德几何可以适用。这样,宇宙的命运就有两种等价的描述方式:我们既可以通过测量宇宙中的物质能量密度
图1PLANCK卫星绘出的宇宙微波背景辐射的温度起伏(来源:PLANCK网页
图2宇宙重子物质组成。其中X 射线热气体所占比例超过
3/4(来源:网上资料
也可以通过测量宇宙的几何性质来预知未来。
现在让我们看一看宇宙中到底有多少物质,这些物质是否足以让宇宙将来收缩回来,这就引出了宇宙学中的暗物质问题。我们的游戏从数星星开始:一个星系里大概有1千亿颗恒星,而宇宙中大约有1千亿个星系,所以宇宙中大概有1022颗恒星。我们可以把单位体积内这些恒星转化成质量即密度,然后与ρc ≈10-29g/cm 3的临界值作对比,结果这个值仅有0.005。也就是说,宇宙中所有的恒星加起来所贡献出的物质仅能达到让宇宙未来停止膨胀的0.5%。所以,若浩瀚的宇宙中仅仅只有恒星,那么宇宙将要永远膨胀下去。
宇宙中是否只有闪闪发光的恒星呢?答案显然是否定的。当天文学家把宇宙的所有已知物质汇聚在一起,就会发现恒星只占大约五分之一的比例,宇宙的主要物质竟然在可见光波段是看不见的!1961年,当意大利科学家Riccardo Giacconi 把一枚用于X 射线探测的火箭送上天空,才意外地发现,宇宙竟然在高能X 射线波段如此明亮。随后,大量的X 射线探测卫星揭示出了人们意想不到的结果:宇宙中可以发射电磁辐射的物质主要是以热气体的形式存在,温度甚至可以高达上亿度,许多星系、星系群、星系团和大尺度结构都被炙热的X 射线气体所包围,它们的质量要比其中的恒星大好几倍!当我们利用X 射线探测卫星把这部分质量统计在内,一下子就可以把宇宙中的所谓重子物质密度提高了几乎10倍,达到宇宙临界密度的4%。然而,即使这样,仅包含热气体和恒星的宇宙仍然还是要继续膨胀的!
的确,人们是借助电磁波来观测宇宙的,任何一个波段(如光学都只能揭示出宇宙中某一特定的物质成分(如恒星,我们也许会丢失没有电磁辐射的那部分物质,即不发光的暗物质。对此,第一个做出肯定结论的是瑞士天文学家Fritz Zwicky ,他在1937年观测了一个由数百个星系组成的巨大集团(称之为Coma的运动学效应,他发现,由星系动力学给出的星系团质量比其中所有恒星光度给出的质量大了400倍。这是天文学中第
一次发现宇宙中可能存在不发光的暗物质成分!
今天,存在暗物质更直接的证据包括:(1中性氢测量表明,星系(包括银河系的旋转曲线在远离恒星的星系晕里仍然保持几乎不下降的趋势,违背了仅有恒星起作用的开普勒定律,暗示星系存在巨大的暗物质晕;(2经过引力场的光线会发生弯曲,产生所谓的引力透镜效应,光线偏折的大小仅与其中产生引力场的质量有关,不管其是否发光。自1979年观测到遥远类星体的引力透镜现象以来,引力透镜效应已经普遍应用于各类宇宙天体的质量测量,人们发现,引起引力透镜的引力质量远超出透镜天体的发光质量。比如在典型的星系团里,引力质量比发光的光学总质量大几乎300倍;(3宇宙大尺度结构形成理论和观测表明,要形成今天宇宙中各种结构,仅靠重子物质远远不足以使其“成型”。比如,银河系由大约1千亿颗恒星组成,在137亿年的宇宙年龄内,仅靠恒星自身的引力完全无法聚集成今天的银河系,因为重子物质需要有
效耗散其内能才能收缩为星系,而暗物质的存在造就了巨大的引力势阱,帮助重子物质紧密“团结”在一起,组成了今天庞大的银河系;(4我们曾经提及,星系群和星系团都存在高温热气体,温度可达上亿度。若无巨大暗物质引力场的束缚,那么如此高温度高能量的热气体则早已经逃逸瓦解。
当我们把动力学、引力透镜效应等一些不依
科学家沙龙
赖于发光物质特性的测量手段用于宇宙各系统的质量测量中,然后再与宇宙的临界密度ρc去对比,结果发现,ΩM已经提高至0.27,比恒星和热气体的贡献高出大约7倍。但是,包含了全部暗物质在内的宇宙平均密度也只达到27%的临界值,故仍然不足以使得宇宙封闭——有朝一日停止膨胀而收缩回来。此刻,我们很茫然,如果在宇宙中再找不到其他的物质成分,我们就只能眼睁睁地看着宇宙永无止境地膨胀下去,人类就只能“冻”死在温度逐步降低的冰冷宇宙中。看来,我们真的别无选择!
3宇宙的命运和暗能量
也许,我们对宇宙命运的结论还下得太早或过于武断。毕竟,由爱因斯坦场方程给出的宇宙动力学演化方程包含了三个参数,而我们至此仅仅测量了其中的一个——物质密度参数ΩM,还剩下能量参数ΩΛ和空间曲率参数Ωk,只有把后面两个参数再确定至少一个,我们才能真正预测宇宙的命运。
测量能量密度参数ΩΛ并不是一件容易的事,若ΩΛ代表着真空能或宇宙学常数,则它在宇宙空间和时间尺度上都是一个不变化的参数,对于一个仅在宇宙大尺度才显现的常量,我们几乎找不到有效的测量途径。所以,人们的注意力转向了测量宇宙的几何性质,即宇宙曲率参数Ωk。诚然,人们也无法在宇宙空间构造一个三角形去测量其内角之和是否小于、等于或大于180°。
大爆炸遗留的火球即微波背景辐射的光子传至地球,经历了漫长的旅途,是人类目前所能接收到的来自最遥远宇宙的信息,它必然携带了宇宙几何的信息。微波背景上面分布着斑斑点点的温度不均匀区域(见图1,尽管其幅度不超过十万分之一,但只要我们知道了微波背景辐射上这些斑斑点点温度不均匀区域之间间距的统计性质,就可以得到宇宙的几何特性。比如,一个开放的、未来永远膨胀的、三角形内角之和小于180°的宇宙,单位面积上斑点的数目就会比较多;相
反,若宇宙是闭合的、未来转为收缩并且三角形内角之和大于180°,由于光线的弯曲,单位面积上斑点的数目就相对较少。自1992年发现微波背景辐射的起伏以来,人们进行了大规模的微波背景辐射各向异性的测量,试图获得宇宙的几何性质。经过三十多年的努力,天文学家终于给出了所谓宇宙微波背景辐射角功率谱的精准测量,得出的结论使得我们多少有点惊奇:宇宙的宏观几何形式是平坦的(Ωk=0,三角形内角之和正好等于180°。于是,宇宙将永远膨胀下去。
宇宙几何如此的简单,简单得让我们雀跃——因为我们似乎再也不用学习复杂深奥的黎曼几何了!但是,我们也为之不解:引力主导下的宇宙时空竟然不是弯曲的,
这怎么可能?是谁抵消了引力的作用让空间变得如此平坦?三十多年前,物理学家Alan Guth和Andrei Linde先后提出并完善了暴涨宇宙的理论,试图诠释宇宙的平坦性问题:宇宙在大爆炸之后的10-35—10-32s之间,宇宙的尺度按照指数形式暴涨了1050倍,从而造就了在任何有物理联系的可见宇宙中,时空都将是平直的,即时空弯曲的所有信息都被抹平了。暴涨理论的确能够解释宇宙的平坦性问题,也能解释微波背景辐射两个相距1°以上的区域如何建立物理联系的所谓“视界问题”。但暴涨理
论也预言,由于早期宇宙的剧烈时空膨胀,必然会产生引力辐射,留下类似与微波背景辐射相同的宇宙原初引力波背景。不过,宇宙暴涨产生的引力波背景要比宇宙微波背景辐射早得多,故而必然“穿越”宇宙光子的最后散射面——微波背景辐射。所以,若宇宙暴涨真的存在,我们应该会在微波背景辐射上找到它的痕迹。目前,一些雄心勃勃的探测计划正在或将要实施,虽然2014年南极BICEP2公布的结果最终是一场乌龙,但在不久的将来,我们很有可能给出原初引力波存在的强有力证据。
决定宇宙命运的参数我们已经确定了两个,物质密度参数ΩM和宇宙曲率参数Ωk。这样,可以算出今天宇宙的平均能量密度参数ΩΛ=1-ΩM-Ωk= 0.73。虽然我们并不知道Ωk的真正含义,但已经
能够勾画出宇宙的整体物质能量组成,即大家熟知的重子物质成分是4%,暗物质成分是23%,两部分组合的宇宙物质的总体比重仅为27%,而占宇宙主导地位(73%的是所谓的能量密度ΩΛ,宇宙将在此神秘能量的主导下永恒地膨胀下去。
1998年,三组独立的天文观测为宇宙永远膨胀的图画进一步奠定了基础:作为标准烛光的Ia 型超新星在不同宇宙尺度上的视亮度,可以被当作测量宇宙膨胀行为的最佳“灯塔”,因为任何物体的视亮度都随距离平方反比下降,若Ia超新
星的视亮度比均匀膨胀宇宙的平方反比规律预言看起来亮,则暗示宇宙在减速膨胀,反之,宇宙会加速膨胀。1998年,三组独立测量Ia超新星的观测结果同时发现,Ia超新星的亮度比均匀膨胀宇宙预言的要暗,预示着目前宇宙正处于加速膨胀状态。此重要发现在获得2011年诺贝尔物理学奖的同时,也与上面通过微波背景各向异性测量得到的ΩΛ=0.73之结论相吻合,即造成宇宙加速膨胀的推动力就是宇宙的暗能量ΩΛ。
如果今天的宇宙中ΩΛ=0.73,ΩM=0.27和Ωk= 0,则主宰未来宇宙命运的唯一参数就是所谓的暗能量了,因为物质密度毕竟会随宇宙的加速膨胀而迅速下降。爱因斯坦场方程给出的宇宙动力学演化,预示在遥远的未来,宇宙将遵循exp[H0 (ΩΛt1/2]的膨胀规律,宇宙中所有星系彼此迅速远离,甚至光线的波长也都被巨大地拉长,天空将变得越来越暗淡,宇宙终将死气沉沉,再也没有了今日之生机。这些听起来荒诞的推论,都源于一个神秘参数ΩΛ的存在!
4困惑与希望
主宰宇宙命运的是暗物质和暗能量,揭开其神秘的面纱也就构成了对今天物理学和天文学的最大挑战。
当天文观测排除了一切重子物质作为暗物质的候选者后,人们的目光转向了最有可能的弱相互作用粒子WIMPs,甚至人们天真地认为,WIMPs仅参与弱相互作用而不参与其他(如电磁作用。这样我们也许有几种在宇宙中直接或间接捕获它们的手段:一是在地下建造巨大的探测器(如我国的锦屏山地下实验,排除本底,以增加探测器体积,从而提高WIMPs与探测器靶体的作用概率;二是若WIMPs发生湮灭,则可以探测到高能光子或背景电子谱的超出,从而间接探知暗物质的存在(如丁肇中先生领导的阿尔法磁谱仪实验;三是在加速器中直接寻找新的粒子。目前,全世界已经投入巨额经费,在庞大的技术和科学队伍支撑下开展了诸多“上天入地”的实验,但至今仍一无所获。一个有趣的问题是,既然大家都深信暗物质粒子仅参与弱相互作用,但若其不与重子物质作用,而仅仅是暗物质粒子间的弱相互作用,那么我们就永远无法直接探测到它,因为探测器都是重子物质组成的!
当我们对暗物质的属性揣摩了几十年仍然显得无尚迷茫之际,今天对暗能量的纠结则更胜一筹:天文观测是无法区分爱因斯坦场方程之中,由爱因斯坦引入的宇宙学常数Λ和粒子物理学家深信不疑的真空能ρv,所以天文观测给出的ΩΛ= 0.73其实反映的是两者之和:ρeff=ρv+Λ。如果采用自然单位制,ΩΛ=0.73意味着ρeff=10-47GeV4,而真空能量密度理论计算给出ρv=1074GeV4,所以我们将需要面对物理学最具戏剧性的一个方程或等式:10-47=1074+Λ,即物理学的理论必须解释为何自然界会选取一个基本常数Λ,使得它在120位小数点后的“微调”作用保持着宏观宇宙和微观世图3宇宙的物质能量组分:暗能量73%,暗物质23%,普
通物质4%(来源:WMAP网页
科学家沙龙界的微妙平衡？这大概是物理学目前面临的最具挑战性的难题。由于暗能量仅在宇宙大尺度(超过星系团的尺度才能显现，与暗物质粒子的寻找不同，天文观测是目前测定暗能量性质的唯一手段。宇宙大尺度结构、微波背景辐射、星系团的特质、微引力透镜效应等，都被认为对确定和鉴别暗能量的状态方程、时间演化和区分不同暗能量模型有积极的帮助。特别是，正像 Ia 型超新星可以用作标准“烛光”探测宇宙膨胀一样，宇宙中也存在自然的“量天尺”可以用于暗能量的研究，这把“量天尺”就是重子声波振荡 (BAO ——宇宙早期一种由物质的
引力和气体的压强相互平衡而产生的涟漪，就像一块石头落入水面产生的涟漪一般，其荡漾在微波背景辐射和物质分布之中，测量其空间尺度在宇宙各个时期的变化，将会揭示出宇宙暗能量的基本性质，为今天研究暗能量性质之首选实验。然而，当诸多粒子物理学家热衷于“上天入地”地寻找暗物质的时候，当诸多天文大设备以探测暗能量的“旗号”争相上马开张的时候，也有些科学家坚信暗物质和暗能量也许根本就不存在。任何理论都有其适用的范围，把牛顿动力学和广义相对论没有束缚地推广到浩瀚的宇宙中所导致的暗物质和暗能量困惑，也许才是真正的罪魁祸首。例如，早在 1983 年，以色列物理学家 Milgrom 就提出修改牛顿的动力学 (modified Newtonian dynamics，MOND：牛顿的第二定律仅在加速度很大的场中才适用，当我们走出太阳系至银河系尺度时，重力加速度已经变得极其微弱，牛顿的第二定律也就不再适用，应该修正为 f =ma 2 Buchdahl 提出了著名的f (R 引力理论，试图把最小作用量中的线性 Ricci 标量 R 推广为一般形式 f (R ，从而通过修改广义相对论而不再需要引入暗能量。目前， f (R 引力的研究极其活跃，由于 f (R 具有多样的选择，我们似乎可以给出一切与暗能量性质类似的宇宙大尺度结构特性。下一代的大型天文巡天计划 ( 如 Euclid， SKA 等才有可能区分广义相对论和 f (R引力的真伪。也有一些物理学家试图建立暗物质和暗能量的统一理论，如所谓“膜”理论。代表人物如荷兰的物理学家 Erik Verlinde，他提出所谓“ 熵力”的概念：我们生活在“膜”上，浮在“膜” 上得以显现的是我们熟知的发光物质，而淹没在“膜”下面的则是暗物质，其贡献引力，故而我们仍可以感受到它的存在，而“膜”被巨大的暗能量托起。此幅图画犹如我们是大海上的一叶小舟，露出水面的岛屿是发光物质，水面以下托起岛屿的和淹没的礁石都是暗物质，“大海”本身就是暗能量。找到了主宰宇宙命运的暗物质粒子和确定了暗能量性质，无疑是这个世纪物理学最重大的发现，而建立新的物理学以代替广义相对论，从而驱散笼罩在物理学天空的暗物质和暗能量这两朵“乌云” ，同样也会引起物理学的又一次革命。我们已经走到了物理学发展史上一个新的转折点，一场新的变革和革命即将在物理学发生。我们期待，我们也为之而奋斗。以上报告内容引起了与会者的极大兴趣，也引发了热烈的讨论。为了尽量保持讨论的原貌，笔者不打算考证其中引用事实的可靠性和精确性，请读者将下列文字材料当作随意
漫谈，而不应将其当作公开报道的事实加以引用 ( 以下录音由《物理》编辑部整理。 1. 很多科学研究包括一些重大的实验，都建立在理论未可的基础上，我们把所有暗物质、暗能量探索，都押在爱因斯坦场方程可以在宇宙中无穷推广的这样一个假设的基础上，现在进行量子信息，把很多宝架在很多物理学家都有争议的，甚至一个概念的基础上，去做很多很多实而不再是 f =ma。这种形式上的修改，的确能够解释星系旋转曲线为何在大距离上呈现平坦趋势的观测事实，同时也可推广至广义相对论情形。虽然 MOND 历经 40 年而不衰，仍然有人孜孜不倦地将其用于各天体系统，但多数天文学家并不看好此理论的发展前景。 1970 年，生于德国的澳大利亚物理学家 · 416 · ·44 卷 (2015 年 6 期
验。现在要问这样一个问题，我们去做这样的实验，这么大的投入，到底安全不安全？ 2. 一种是相当于在现有框架下修正，这是一条路，也可能会走得通；还有一条路就相当于一场革命，要把现在很多物理概念拓展到新的尺度完全是不同的规律，类似于原来量子革命的那么一种路。天体物理，应该讲是 21 世纪最有挑战的，而且最会引起物理学根本性革命的东西。第一要观测，第二不要拘泥于用现有理论去解释这些观测。我觉得，现在天体物理总的来讲，投入的条件跟美国完全没法比。包括目前做观测的，当然现在天体、天文学也投入了很多力量，造了很多大仪器，但我自己觉得没有一个主攻方向。 3. 现在天文投资相当多的、在建的都是上亿的设备，但 (有一些不是科学目标主导的，而是设备主导的，这是非常糟糕的事情。 4. 有一个目标是明确的，我看了一下国内现在受到大家关注的很多问题都是世界纪录，这个世界纪录是在数量上能做多少，而不是去问，做这个东西要干什么？我经常问一个问题，我们量子信息他们说做多少比特，我在问，做 12 个比特和 10 个比特有什么区别？在物理上它有什么重大的突破？这个东西做的越多越好，有没有一个东西我做了能干什么？我觉得做科学无非是两个，做最基础、最基本的重大问题，比如我做 10 到 12 个，这中间会发生一个相变的问题，看到了一个完全不同的东西，这是一个；第二个，这个东西有用，在技术上非常有用，但我们往往对有用的东西反而投入的比较少。我发现，我们经常喊的一些重大的科学目标，在我们看来解决不了太多实际问题。我们现在中间的东西做的比较多，而真正最基础、最有用的，却花的功夫比较少。 5. 不管怎么
样，这个研究领域从物理来看是非常有意思的一个领域，主要有三点：第一点，它挑战的是广义相对论；第二点，挑战的是物质结构；第三点，挑战的是天体演化。这三个方面的任何一点进展，都是了不起的进展。 (Mind Concert Academic Salon 是“中关村科学沙龙”系列活动之一，由《物理》编辑部主办，得到了中国科学院科学传播局的大力支持。本期沙龙由孙昌璞院士主持，参加成员有：成会明院士、韩秀峰研究员、姜晓明研究员、姬扬研究员、林惠民院士、李丽研究员、李明研究员、欧阳颀院士、武向平院士、王晋军教授、翁羽翔研究员、向涛院士、杨国桢院士、袁亚湘院士、朱邦芬院士 ·44 卷 (2015 年 6 期 · 417 ·
分别对待暗能量、分别对待暗物质的报告之三：介绍刘辰楼“荦谧加速能”科学的重大五规律，与爱因斯坦们“恶煞暗能量”推想的严重五错误。 【一】爱因斯坦们“恶煞暗能量”推想的严重五错误之一：将有条件的场客加速远离，当成了无条件的场客加速 远离。换言之，将有条件的场客加速远离，当成了所 谓“宇宙速胀”。 【二】刘辰楼“荦谧加速能”科学的重大五规律之一：爱因斯坦们所谓“宇宙速胀”，是没有的事；而“有条件 的场客加速远离”，是确有的事。
【三】爱因斯坦们“恶煞暗能量”推想的严重五错误之二：试图自所谓“爱因斯坦方程”，求解“暗能量”。【四】事实上，所谓“爱因斯坦方程”，原本不能成立。【五】“爱因斯坦方程”不能成立的原因，是；等号前方的微分张量，不能等于等号后方的非张量。 【六】刘辰楼“荦谧加速能”科学的重大五规律之二：克服了爱因斯坦们“恶煞暗能量”推想的严重五错误之二， 才能解出“荦谧加速能”（荦能额与谧能额）。【七】刘辰楼“荦谧加速能”科学的重大五规律之三：无客速的场客，不会加速远离；客速不够大的场客，也不 会加速远离。 【八】爱因斯坦们“恶煞暗能量”推想的严重五错误之三：不问场客“加速远离所需的初速值”。 【九】场客盘速{（Rcosθ）φ速}为零、场客局纬速（Rθ速）也为零时，刘辰楼的场客局速算式，表明：R加速度 〒-（荦能额对R的偏导数）c平方exp（4荦能额+2 谧能额）+（3荦能额对R的偏导数+谧能额对R的偏 导数）R速平方。 【十】加速远离，就是：R加速度＞0。 【十一】所以，“加速远离所需的初速值”，其平方，R 速平方＞{（荦能额对R的偏导数）/（3荦能额对R 的偏导数+谧能额对R的偏导数）} c平方exp（4荦
暗物质与暗能量的统一性研究 发表时间：2019-06-10T14:58:52.437Z 来源：《知识-力量》2019年8月27期作者：张天成[导读] 随着世界的不断发展，暗物质和暗能量在粒子物理和宇宙学研究中越来越引起了大家的关注和重视。这是在21世纪中两个重大的科学问题。本文首先简单介绍了暗物质的基本定义和特点，暗能量的基本定义与特点，阐述了暗物质与暗能量统一的理论模型，最后利用该理论完善了宇宙大爆炸模型。 （马来亚大学） 摘要：随着世界的不断发展，暗物质和暗能量在粒子物理和宇宙学研究中越来越引起了大家的关注和重视。这是在21世纪中两个重大的科学问题。本文首先简单介绍了暗物质的基本定义和特点，暗能量的基本定义与特点，阐述了暗物质与暗能量统一的理论模型，最后利用该理论完善了宇宙大爆炸模型。 关键词：暗物质；暗能量；统一性；研究 一、暗物质的基本定义与特点 暗物质（Dark matter）是理论上提出的可能存在于宇宙中的一种不可见的物质，它可能是宇宙物质的主要组成部分，但又不属于构成可见天体的任何一种目前已知的物质。大量天文学观测中发现的疑似违反可以在假设暗物质存在的前提下得到很好的解释。现代天文学通过天体的运牛顿万有引力的现象动、引力透镜效应、宇宙的大尺度结构的形成、微波背景辐射等观测结果表明暗物质可能大量存在于星系、星团及宇宙中，其质量远大于宇宙中全部可见天体的质量总和。结合宇宙中微波背景辐射各向异性观测和标准宇宙学模型（ΛCDM模型）可确定宇宙中暗物质占全部物质总质量的85%。由于暗物质的神秘，现在世界上产生了不同的物理理论说法。一种是说暗物质就是一种具有质量的可以相互作用但是作用力非常微弱的粒子。这种说法目前被物理学家们广泛的接受和认可。其质量与相互作用强度在电弱标度附近，在宇宙膨胀过程中通过热退耦合过程获得目前观测到的剩余丰度。但是也有另一种说法，是说暗物质是由轴子，惰性中微子等这些类型的粒子组成。 暗物质的存在已经得到了广泛的认同,然而目前对暗物质属性了解很少。目前已知的暗物质属性仅仅包括有限的几个方面：目前大部分物理学家对暗物质的存在都有一定的认同，但是暗物质的特点都有哪些，这些物理学家知道的还不太多。目前所了解的暗物质的特点主要表现在以下几个方面：第一，暗物质是一种有质量的粒子，暗物质之间可以相互产生引力，但是暗物质的质量大学目前还是个未知数。第二，暗物质具有很强的稳定性。因为通过研究发现，暗物质几乎存在于宇宙形成各个阶段，在宇宙结构形成的各个过程都有暗物质的存在，所以暗物质应该是在能宇宙上稳定的存在的。第三，暗物质之间的产生的相互作用力非常弱。暗物质和光，电等之间产生的作用特别小，几乎看不出。我们从原初核合成可以看出。如果相互作用力大的话，这个过程就会受到刺激和扰动。将导致暗物质的元素产生一系列的变化，会使得观测结果不一致。第四，我们通过电脑模拟宇宙大尺度结构的形成过程中发现，暗物质的运动速度远远低于光速，即“冷暗物质”，不然我们的宇宙无法在引力作用下形成目前观测到的大尺度结构。因此，目前我们所知道的暗物质粒子还不一定是准确的，也是不属于我们已知的任何一种基本粒子。这对当前极为成功的粒子物理标准模型构成挑战。 二、暗能量的基本定义与特点 暗能量存在于宇宙运动中，它通过自身的引力作用推动宇宙运动，由于暗能量目前还不能吸收光，也不可以反射或者说辐射光，因此，截止到目前，人们还不能利用现在的技术对暗能量进行监测。但是暗能量可以与光产生一种中和作用，这种作用可以影响到同级暗能量的分布范围。当暗能量与光反应时，会对作用域的时间产生影响，绝对速度v0>c，此时作用域的能量E产生跃迁，根据E=mc2，作用域内的物质质量会有减少。由于宇宙空间不断发生的中和反应，作用域内的物质质量不断减小致使物质的引力减小，出现宇宙膨胀。随着宇宙膨胀可以伴着时间的变化而变化，那么宇宙膨胀的高精度测量对我们来研究宇宙增加了很大的困难，在广义相对论中，我们发现，宇宙的膨胀速度主要由宇宙状态的方程式决定，如何确定暗物质和暗能量的状态方程式是宇宙学比较关注的问题。 三、暗物质与暗能量统一之宇宙大爆炸 “大爆炸宇宙论”（The Big Bang Theory）是现代宇宙学中最有影响的一种学说。它的主要观点是认为宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里，宇宙体系在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化，如同一次规模巨大的爆炸。通过暗物质和暗能量的基本定义和特点阐述来看，我们发现暗能量的产生与暗物质不可分割。暗物质与暗能量的统一可以从宇宙大爆炸模型来说。最初的宇宙起源于密度特别大的奇点，这个奇点会在某个时刻存在不平衡的状态，这时候就产生了第一次大爆炸。但是这次大爆炸一直都没有被发现，因为没有任何明显的现状，奇点并没有破碎，但是奇点在力的粒子和周伪散落，慢慢地奇点失去合力产生了第二次大爆炸，这次的爆炸导致整个奇点破碎了，暗物质与重子物质也随之散开，冷却后形成了现在的宇宙。这就是著名的宇宙大爆炸。这时候宇宙中的各种天体在暗物质的引力下迅速膨胀，宇宙中的重子物质和暗物质圈几乎重叠在一起，宇宙就开始不断收缩，最后塌陷到奇点，时间再次回到原点。 结论 “宇宙并非永恒存在，而是从虚无创生”的思想在西方文化中可以说是根深蒂固。虽然希腊哲学家曾经考虑过永恒宇宙的可能性，但是，所有西方主要的宗教一直坚持认为宇宙是上帝在过去某个特定时刻创造的。虽然我们看到暗物质的作用力方向和暗能量的方向完全相反，但是这种现象有很大可能是由同一种物质导致的，很大可能就是本文所讲述的暗物质。这种物质在内部主要呈现出引力的作用，在外部主要呈现出反引力。通过研究暗物质与暗能量的统一性分析，也发现这个理论对宇宙大爆炸现象有很强的说服力。参考文献 [1]周烨.浅谈暗物质与暗能量要求及新技术的应用[J].山东工业技术,2019(06). [2]孙彩虹.暗物质与暗能量在物理系统中的应用解析[J].通信电源技术,2018,35(10). [3]张晓丽.暗物质与暗能量在物理系统中的运用分析[J].科学技术创新,2018(28). [4]刘振宗,陈智远.暗物质与暗能量统一性研究分析[J].技术与市场,2018,25(12). [5]李思明,王宇翔.暗物质与暗能量研究[J].科技风,2018(31). [6]李苏.试论暗物质与暗能量统一性模型研究[J].科技与创新,2018(18).
暗物质和暗能量揭秘开始想写这篇文章，源于多年对宇宙物理学的浓厚兴趣。对于宇宙如何诞生，演化也有一些自己的观点。特编写出来和广大宇宙物理爱好者共研。由于本人水平有限，不妥之处请朋友谅解，不胜感激。 1.宇宙的本质是什么？宇宙万物及我们人类存在于广阔无艮的宇宙之中，我们大多数人也许不会去思考的一些问题—宇宙为什么能存在？为什么会有宇宙？其实中外古今有许多人是对这个问题进行过探讨，如我国的盘古开天辟地，轻清上浮为天，重浊下沉为地，天地间隔随时间不断加大，女娲抟土而造人的理论。西方的上帝创造宇宙，再创造了一个男人亚当，用亚当一根肋骨创造出第一个女人夏娃的理论。当然还有其他创世神创世等各种学说。这些学说我们先不要妄言其一定是谬的，可是都有一个共同的不解之处，那就是创世神是存在于哪里，创世神所在那个世界又是怎么来的？如果不能解释这个问题，那这些理论就不是成熟的理论了。现在有一个理论认为宇宙是起源于一次大爆炸，宇宙是从一个几乎无限小的奇点大爆炸而产生的，这就是著名的宇宙大爆炸起源理论。1929年，美国天文学家哈勃通过观测遥远星系的红移提出星系的红移量和星系的距离成正比的哈勃定理，并推导出星系都在远离的宇宙膨胀学说。大爆炸宇宙论是一种观测证据最多，最获公认的现代宇宙理论。大爆炸宇宙论很好地解释了为什么会有宇宙，但还有一个问题不能解释，那就是宇宙为什么能存在？宇宙万物得以存在如果没有任何依据，难道不是一件不可思议的事情吗？因此我认为一定会存在一种与构成宇宙的要素属性相反，能相互抵销的要素。我们把构成宇宙一切物质和能量的要素称为原力，把我们所在的宇宙定义为正宇宙，那么与原力相反属性的反原力构成的宇宙就是反宇宙。原力是构成物质和能量的最基本单位，所以不管物质粒子结构多么复杂，原力却是最简单、最单纯的，它没有内部结构，因为如果有内部结构就不能算是基本单位了。因此既使最多量的原力都能集合于无限小的空间之内，是构成宇宙一切的唯一素材。值得一提的是，原力不是力，但宇宙一切运动因它而起，故称之原力。因此，我认为宇宙的本质是虚无的，可以用0=（+X+(-X表示，+X表示宇宙正原力总量，-X表示反宇宙反原力总量。正反原力在理论上可以抵销湮灭，正原力和反原力绝对一样多。其实古人们对于宇宙虚无本质早有论述，周易中说：“无极生太极，太极生两仪”，就是说虚无诞生无限多，无限多有
项目名称：暗物质暗能量的理论研究和实验预研首席科学家：吴岳良中国科学院理论物理研究所起止年限：2010年1月-2014年8月 依托部门：中国科学院
一、研究内容 拟解决的关键科学问题和主要研究内容包括： 本项目围绕暗物质和暗能量本质开展理论研究和实验探测的可行性分析, 充分利用已有的研究基础，从以下五个方面开展深入系统的研究： 1、暗物质的理论研究及相关新物理唯象 研究各种新物理模型，包括最小超对称模型及其变种和推广模型，额外维度模型，Little Higgs模型，各种类型的Hidden Sector模型，标准模型的最小推广（多个Higgs模型）中WIMP暗物质的湮灭及衰变过程的性质。在满足暗物质剩余丰度的条件下研究其湮灭或衰变产物，如正电子，反质子，高能中微子，光子的信号特点，为空间间接探测实验提供理论依据。同时重点关注未来实验可能观测到的高能中微子及光子信号。在对现有实验结果的研究中,由于PAMELA 没有观测到反质子的超出，这表明暗物质的主要湮灭道为带电轻子而非规范粒子或夸克，这就给一些暗物质模型如最小超对称模型带来了一定的困难。对此，需要对模型的参数空间进行更详细的研究。同时，也需进一步研究构造以轻子为主要湮灭道的理论模型。另一方面，为了解释PAMELA和ATIC上观测到的正负电子超出，暗物质在地球附近的密度分布要比通常由热力学残余丰度给出的大出2-3个数量级。如何构造模型能同时满足这两方面的要求是研究的重点之一，将首先研究已知的可能解释实验现象的一些机制，如量子索末菲效应和共振态增强效应等。 寻找和发展更有效探测暗物质的方法。通过对自旋相关与自旋无关的散射截面确定暗物质的基本属性。研究DAMA实验的正结果和其它实验如CDMS和Xenon 给出的零结果是否一致及其它们的物理原因。鉴于DAMA的实验结果，探寻可能存在的统一解释目前所有直接探测实验结果的暗物质－核子相互作用机制。研究非弹性散射和测量仪器靶物质的相关性等。 综合正负电子对撞机LEP上的Z产生和衰变，希格斯粒子质量限制，额外规范粒子的研究，及低能实验如μ子反常磁矩，b→sγ，B →μ+μ-和味道改变中 s
天文学中的暗物质和暗能量问题之由来和困惑武向平? (中国科学院国家天文台 北京 100012 2015-05-19收到 ?email :wxp@https://www.doczj.com/doc/4f14313445.html, DOI :10.7693/wl20150610 1宇宙起源
今天的宇宙学研究早已经冲破了“九重天” 的空间尺度和“七天创世纪”的宗教信仰,21世纪的宇宙学已经是最精密的自然科学之一。 为现代宇宙学研究带来革命性进展的天文学家无疑是哈勃,他在1929年发现了银河系周围星系的退行速度与其相距银河系之距离成正比。此观测事实给了后来的物理学家伽莫夫以启示:既然所有的星系都彼此相互远离,那么若沿着时间的长河逆向追溯,它们就必将在有限的时间里汇聚在一起;反之,若沿着时间发展的箭头,宇宙则就像发生过一次爆炸一样,从致密高温的状态膨胀散开。1948年,伽莫夫成功地预言了宇宙大爆炸的“火球”膨胀至今遗留下的温度应为50K (1956年修正为6K,并锁定在微波波段。而在1965年,两位Bell 实验室的工程师Penzias 和 Wilson 无意间得到了震惊世界的发现,尽管他们当时并未意识到所获得的与方向无关的天空噪声就是宇宙大爆炸的遗迹。虽然星系的退行和大爆炸火球的发现及其高度的各向同性,的确给宇宙大爆炸学说奠定了最坚实的观测基础,但人们很快就意识到,一个高度各向同性的大爆炸火球并不是人们所期望的。今天,浩瀚的宇宙中充满了以星系为基本单元的成员,它们并非均匀地分布于宇宙空间中,而是形成了有规则的结构:既有成千上万星系组成的“长城”,也有空空如也的“空洞”。一个过于均匀的大爆炸火球作为“种子”是无法形成我们今天所看到的有结构之宇宙。所以,大爆炸的遗迹(今天称之为宇宙微波背景辐射被发现后,人们就一直致力于寻找它上面是否存在不均匀的成分。终于,1992年由George Smoot 领导的一个小组借助于COBE 卫星发现了大爆炸火球上的十万分之一的温度起伏,且这些起伏正是人们期望看到的造就今天宇宙万物的“种子”!随后,诸多宇宙微波背景辐射探测卫星如WMAP 和PLANCK 以及南极的大量天文 实 科学家沙龙
课程论文 (科研训练、毕业设计) 题目：宇宙中的暗物质和暗能量 姓名：xxxxxxx 学院：化学化工学院 系：化学 专业：化学 年级：大一 学号：xxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxx
宇宙中的暗物质和暗能量 摘要文章对暗物质粒子的候选者和宇宙中暗能量的研究现状作一简单介绍. 关键词暗物质,暗能量,粒子宇宙学 正文2003 年,W ilkinson 微波背景各向异性探测器(WMAP) 、Sloan数字巡天( SDSS)和最近的超新星( SN)等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大爆炸宇宙学模型. 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%的物质为非重子暗物质, 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,目前已知的基本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规范玻色子. 什么是暗物质呢? 暗物质是不发光的,但是它有显著的引力效应. 比如,对于一个星系考虑距其中心远处的旋转速度,如果物质存在的区域和光存在的区域是一样的话,由牛顿引力定律可知,距离中心越远,速度应该越小. 可是天文观测事实不是这样的,这就说明当中有看不见的暗物质. 目前各种天文观测和结构形成理论强有力地表明宇宙中有大约三分之一是暗物质. 中微子是一种暗物质粒子, 但WMAP和SDSS的结果说明,它的质量应当非常小,在暗物质中只能占微小的比例,绝大部分应是所谓的冷暗物质. 它们究竟是什么目前还不清楚. 理论物理学家猜测,至少有两个可能性,一个是轴子( ax2ion) ,另一个是中性伴随子( neutralino). 另外还有额外维空间理论中最轻的KK ( Kaluza - Klein)粒子.近年来,为了解决冷暗物质在小尺度上可能的疑难而提出了相互作用暗物质[ 1 ] 、温暗物质等. 轴子是由罗伯特·派切(Roberto Peccei) 和海伦·奎因(Helen Quinn)为解决强相互作用中的电荷共轭-宇称(CP)破坏问题而引进的. 中性伴随子是超对称理论中的最轻的超对称伴随子,它是稳定的,在宇宙演化过程中像微波背景光子一样被遗留下来. 另外,这种暗物质粒子也可由一些超重粒子或宇宙相变过程产生的一些拓扑缺陷(如宇宙弦)衰变而产生[ 2 ] .目前世界各国科学家,例如中国和意大利科学
暗物质与暗能量在现代物理学中的意义 《自然杂志》１９卷４期的‘探索物理学难题的科学意义'的９７个悬而未决的难题：２ ８．宇宙中的暗物质是由什么粒子构成的？ 美籍华人著名的物理学家、诺贝尔奖金获得者李政道把“一些物理现象理论上对称，但实验结果不对称”、“暗物质问题、暗能量问题”、"类星体的发能远远超过核能，每个类星体的能量竟然是太阳能量的1015倍"、“夸克禁闭”称为是21世纪科技界所面临的四大难题.“暗物质是笼罩20世纪末和21世纪初现代物理学的最大乌云，它将预示着物理学的又一次革命.” 现代宇宙学观测表明宇宙中存在暗物质和暗能量.但是它们的起源仍然是个谜.我们能找到的普通物质仅占整个宇宙的4%，各种测算方法都证实宇宙的大部分是不可见的.要说宇宙中仅仅就是暗色尘云和死星体是很容易的，但已发现的有力证据说明，事实并非如此.正是对宇宙中未知物质的寻找，使宇宙学家和粒子物理学家开始合作，最有可能的暗物质成分是中微子或其它两种粒子：neutralino和axions（轴子），但这仅是物理学的理论推测，并未探测到，据认为这三种粒子都不带电，因此无法吸收或反射光，但其性质稳定，所以能从创世大爆炸后的最初阶段幸存下来. 杨振宁讲：“所谓暗物质、暗能量就是非常稀奇的事物，这里面我想是可能引出基本物理学中革命性的发展来的…… 假如一个年轻人，他觉得自己一生的目的就是要做革命性的发展的话，他应该去学习天文物理学.” 在新世纪之初，美国国家研究委员会发布研究报告，列出了在新世纪需要解答的11个与宇宙有关的难题，并同时建议美国政府的研究机构加强协调，集中资源为这些难题寻找答案.这份题为《建立夸克与宇宙的联系：新世纪11大科学问题》的报告，是由19位权威物理学家和天文学家联合执笔.科学家们在报告中认为，暗物质和暗能量应该是未来几十年天文学研究的重中之重.“什么是暗物质”和“暗能量的性质是什么”，在报告所列出的11个大问题中分列为第一位和第二位. 李政道教授曾多次指出：“暗物质是笼罩20世纪和21世纪初现代物理学的最大乌云，它将预示着物理学的又一次革命.” 李政道指出：“20世纪初的大问题是太阳能的来源；21世纪初的大问题是暗能量的来源”，“了解暗物质和暗能量，是人类在21世纪科学的大
暗物质和暗能量 （此部分内容来自网络） 一、暗物质和暗能量之间的区别是什么？ 不是学天体的，常常不太分得清楚这两者，有什么联系和区别吗？ 这两个概念其实不宜并举…… 如此的并举，不禁想起了高中时被人问过的这样一个问题：“点电荷和正电荷有什么区别？”——我当时就哽咽了，全然没有意识到，在当时，“自己白学了”的，其实并不是物理，而是语文和逻辑学…… 所以，还不如说说它们各自是什么；至于“有什么区别”，只好请看官自行判断。 简单地说，它们都是某种“存在”，却根本不是一种东西；最大的相同之处，大概就是这个“暗”字了。 这个“暗”，基本上意味着，它们几乎不参与电磁相互作用。电磁波（从射电、毫米/亚毫米，到红外、可见、紫外，再到X-射线和Gamma 射线）是我们探测宇宙的最重要窗口，而且在目前远远比中微子和引力波重要得多。“不参与电磁相互作用”，意味着它们无法直接参与发射电磁波的过程，也意味着它们不散射（在微观上看，“反射”也不过是散射而已）、不吸收电磁波。
想直接探测暗物质，用任何形式的电磁波（比如，“用肉眼看”，便是使用了可见光频段的电磁波），都是不行的。 怎么办？人们设想，暗物质很有可能会参与弱相互作用。弱相互作用与很多核物理过程有密切关系，特别是当核子的性质发生变化时。所以，人们就设法囤积大量的某类物质（这类物质通常都在每个原子核内有许多数量的核子——这样才能更容易发生弱相互作用，而又相对不太昂贵、容易找到，也要能够相对容易地把可能影响探测的杂质剔除），放在地下以屏蔽宇宙射线（来自太空的无时无刻不在轰炸我们的高能带电粒子流）的干扰，以期看到与暗物质有关的实验。 国际上，从事这个实验的研究组有许多——在国内，清华和上海交大就打算在二滩水电站的施工涵洞里，摆上一堆闪烁体（此处的闪烁体不是碘化钠，感谢评论中@吕松林指正——果然通宵写东西的事情不能干，当年还和岳骞、陶嘉琳两位老师讨教过闪烁体的选择标准来着，这就自己打自己脸了……），用于探测暗物质的信号。 2002 年，当其他的暗物质探测研究组都没发出什么声音时，有个叫做DAMA 的研究组声称，通过使用某种“秘制”的碘化钠晶体（采用碘化钠的原因是，碘的原子核里头的核子数量相对较多），他们探测到了稳定且强烈的暗物质存在的信号。可是，这个研究组做了件颇有点儿“伤天害理”的事儿：他们以“商业机密”（为他们制造碘化钠的是一家商业公司）为由，拒绝公布原始数据、晶体制造过程，以及实验的具体方案。特别地，他们与为他们制作碘化钠晶体的公司达成协议，
Modern Physics 现代物理, 2018, 8(5), 239-252 Published Online September 2018 in Hans. https://www.doczj.com/doc/4f14313445.html,/journal/mp https://https://www.doczj.com/doc/4f14313445.html,/10.12677/mp.2018.85026 Matter-Dark Matter-Dark Energy Are a Whole Binggong Chang Laboratory of Neurodegenerative Diseases and CNS Biomarker Discovery, Departments of Neurology and Physiology/Pharmacology, SUNY Downstate Medical Center, New York, USA Received: Aug. 4th, 2018; accepted: Aug. 20th, 2018; published: Aug. 27th, 2018 Abstract Space-time ladder theory reveals that the space-time of Qi is the origin of the universe. The pola-rization Qi space-time produces physical space-time and metaphysical space-time. Physical space-time is matter, metaphysical space-time is dark energy, and Qi space-time is dark matter. So matter, dark matter and dark energy are a whole. The polarization Qi space-time generates an energy Qi field, and the energy Qi field contains an energy field and a Qi field. Based on the energy field, we calculate the theoretical values of the rotation curves of the three galaxies. These theo-retical values are basically consistent with the actual observations. Based on the Qi field theory, we use the Hubble constant as the corresponding value of the Qi field strength, and calculate the theoretical value of the anomalous acceleration of the pioneer, which is basically consistent with the previous actual calculation. The key here is that the calculation of dark matter and dark ener-gy comes from the same theory, that is, the theory of energy Qi field and the theoretical values of both are basically consistent with the actual observations, which proves that the theory of energy Qi field is correct. Keywords Matter, Dark Matter, Dark Energy, Energy Qi Field, Galaxies Rotation Curve, Hubble Constant, Accelerated Expansion of the Universe 物质–暗物质–暗能量三位一体 常炳功 美国纽约州立大学州南部医学中心，神经病学和神经生理药理学系，神经退行性疾病和发现中枢神经系统生物标记实验室，美国纽约 收稿日期：2018年8月4日；录用日期：2018年8月20日；发布日期：2018年8月27日
灵魂与暗物质暗物质与人类灵魂 最近，世界科学家发现了宇宙空间确实存在暗物质，所谓的暗物质，是与可见物质相对的。可见物质与正物质以及阳物质都是相同的物质结构，只是名词叫法不同，宇宙中的反物质和暗物质以及阴物质也是相同的物质结构。在我国的辞典解释中，阴阳和正负以及明暗的词义解释是同一类型的词语。在浩瀚的宇宙中，还有90%左右的物质结构，没有被发现。根据航天工业的发展，科技水平的快速提升，占据宇宙空间90%的其它物质，会不断地被人类有所发现。 此次，由美国科学家发起的暗物质探测计划，主要是通过航天飞行器在运行中，产生了来自于月球与地球之间存在其它引力场的微阻力运行参数影响，导致航天物体出现运行速度的微加速率变化量。这种奇异现象的发生，很有可能在月球与地球之间存在大量的暗物质能量。 另一方面，科学家也发现了来自于地下铁矿石岩层下面的暗物质，并采取了“低温暗物质搜寻计划”用于地下暗物质的搜寻。本文所涉及到的暗物质与人类的灵魂物质，是否也可以将人类的灵魂归纳到宇宙空间的暗物质行列，如果说，人类的灵魂是一种暗物质，那么它所存在的空间，就非常的广阔而遥远。地球中的人间地狱，太空的人间天堂，是世界宗教的专有名词，太空中的暗物质圈层，地球岩石下面的暗物质圈层，也是物质科学与宗教学说存在的一种很巧合的理论观点。 宇宙间，如果确实存在大量的暗物质，绝对会让因斯坦感觉到迷茫难解。星系中的光环，有可能是光线在穿越暗物质空间时造成的引力扭曲。暗物质的能量，占有宇宙空间的70%能量，磁场力作用，引力作用，会对宇宙空间的光线产生强大的引力场，光线扭曲，导致宇宙空间出现诸多的奇异问题。 宇宙空间的暗物质，包括人类灵魂的反生物磁场，同时，也是暗物质的其中之一。人间奇异现象的发生，人体虚拟魂体的出现，不也是改变了光线的路径吗。科学社会中的分支，包括：自然科学，社会科学。也包括：唯物主义论点，唯心主义论点。哲学的观点是相对的，爱因斯坦的相对论也是来自于哲学论点。现代科学再不断的发展，不被现代科学所认同的唯心主义观点也在不断的改进。一旦发现宇宙空间的暗物质体系，那么人类的物质理论就要发生彻底的改变，阴阳合一，唯心与唯物，将是大同的宇宙空间。世界统一论，宇宙阴阳统一学派将成为人类和宇宙空间的统一理论体系。 人类灵魂的强子力场，具有很大的作用力，它可能是宇宙暗物质中的一种物质。到目前为止，人类还未 发现人类灵魂的物质属性，有可能属于亚原子范畴，也是属于宇宙空间的冷暗物质层。上述问题很有可能或者巧合的将宇宙空间的物质论点推上科学的顶峰，社
暗物质和暗能量简介 摘要：自现代宇宙科学研究提出了宇宙中可能存在暗物质和暗能量的推测后，找寻暗物质和暗能量存在的证据就成为当今天文学研究的热点课题。 关键词：暗物质暗能量 自现代宇宙科学研究提出了宇宙中可能存在暗物质和暗能量的推测后，找寻暗物质和暗能量存在的证据就成为当今天文学研究的热点课题。依据对暗物质和暗能量不同特征的认识，科学家提出了许多的看法，观点各异，表述各异。现在暗物质和暗能量给我们留下了许多未解之谜。 首先我们先来了解一下暗物质。 简而言之暗物质就是看不见的物质。物理学上给出的系统性的定义如下：“由天文观测推断存在于宇宙中的不发光物质。由不发光天体、晕物质、以及非重子中性粒子组成。” 在宇宙学中，暗物质是指那些自身不发射电磁辐射，也不与电磁波相互作用的一种物质。 暗物质是不发光的，但是它有显著的引力效应。人们目前只能通过引力产生的效应得知宇宙中有大量暗物质的存在。暗物质存在的最早证据来源于对球状星系旋转速度的观测。比如，对于一个星系考虑距其中心远处的天体的旋转速度，如果物质存在的区域和光存在的区域是一样的话，由牛顿引力定律可知，距离中心越远，速度应该越小。可是天文观测事实不是这样的，这就说明当中有看不见的暗物质。目前各种天文观测和结构形成理论强有力地表明宇宙中有大约三分之一是暗物质。中微子是一种暗物质粒子，但WMAP和SDSS的结果说明，它的质量应当非常小，在暗物质中只能占微小的比例，绝大部分应是所谓的中性的弱作用重粒子。它们究竟是什么目前还不清楚。理论物理学家猜测，它们可能是超对称理论中的最轻的超对称粒子，是稳定的，在宇宙演化过程中像微波背景光子一样被遗留下来。目前世界各国科学家，例如中意科学家合作组DAMA实验，丁肇中先生领导的AMS实验，正在进行着各种加速器和非加速器实验，试图找到这种暗物质粒子。 同时2009年12月21日，科学家在Souden煤矿中发现暗物质，这是迄今为
宇宙的起源和进化是物理学研究的最基本的问题之一。建立在广义相对论和宇宙学原理（即在宇宙大尺度上，物质的分布是高度均匀各向同性的）之上的大爆炸宇宙模型告诉我们大约137亿年前，大爆炸发生的那一刻，宇宙处于一个极致密、极高温的状态，形成了空间和时间，宇宙随之诞生，并经过膨胀、冷却演化至今。在这个过程中，宇宙经历了原初轻元素合成、光子退耦和中性原子形成、第一代恒星形成等几个重要的时期，星系、地球、空气、水和生命便在这个不断膨胀的时空里逐渐形成。 二十世纪二十年代，天文学家哈勃从星系光谱的红移的观测中发现宇宙中所有的星系都在彼此远离退行，距离越远，退行速度越大，二者成正比，这个比例系数被称为哈勃常数，这个规律叫哈勃定律。在此基础上，产生"膨胀宇宙"的概念和"大爆炸宇宙模型"。二十世纪大量的天文观测和天体物理研究结果都证实这个模型。 2003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。 什么是暗物质呢？暗物质是不发光的，但是它有显著的引力效应。比如，对于一个星系考虑距其中心远处的天体的旋转速度，如果物质存在的区域和光存在的区域是一样的话，由牛顿引力定律可知，距离中心越远，速度应该越小。可是天文观测事实不是这样的，这就说明当中有看不见的暗物质。目前各种天文观测和结构形成理论强有力地表明宇宙中有大约三分之一是暗物质。中微子是一种暗物质粒子，但WMAP和SDSS的结果说明，它的质量应当非常小，在暗物质中只能占微小的比例，绝大部分应是所谓的中性的弱作用重粒子。它们究竟是什么目前还不清楚。理论物理学家猜测，它们可能是超对称理论中的最轻的超对称粒子，是稳定的，在宇宙演化过程中像微波背景光子一样被遗留下来。目前世界各国科学家，例如中意科学家合作组DAMA实验，丁肇中先生领导的AMS实验，正在进行着各种加速器和非加速器实验，试图找到这种暗物质粒子。 暗能量是近年宇宙学研究的一个里程碑性的重大成果。支持暗能量的主要证据有两个。一是对遥远的超新星所进行的大量观测表明，宇宙在加速膨胀，星系膨胀的速度不象哈勃定律描述的那样，是恒定的，而是在不断加速。按照爱因斯坦引力场方程，加速膨胀的现象推论出宇宙中存在着压强为负的"暗能量"。另一个证据来自于近年对微波背景辐射的研究精确地测量出宇宙中物质的总密度。但是，我们知道所有的普通物质与暗物质加起来大约只占其1/3左右，所以仍有约2/3的短缺。这一短缺的物质称为暗能量，其基本特征是具有负压，在宇宙空间中几乎均匀分布或完全不结团。最近WMAP数据显示，暗能量在宇宙中占总物质的73％。值得注意的是，对于通常的能量（辐射）、重子和冷暗物质，压强都是非负的，所以必定存在着一种未知的负压物质主导今天的宇宙。
碰撞与暗能量 我认为，宇宙一切运动的本质就是原子碰撞与暗能量释放。 在宇宙宏观层面，物质空间与反物质空间碰撞使各自的能量重新释放出来，通过冷聚变，开始新一轮演化，经过漫长的过程（对人的意识来说漫长，对宇宙而言只有演化，没有长短），物质空间与反物质空间都将变成冰冷的世界，直到下一次碰撞被重新激活。 在人类意识感知层面，所有物质（各种原子）都是两种空间碰撞后冷聚变的产物，他们遵循原子碰撞与暗能量释放这个基本规律。 众所周知，太阳到地球的这段距离，都是被低温所笼罩着，但是，令人难以理解的是，太阳光到地球上之后却能够变热是为什么呢？我认为，太阳发射的阳光（光量子）到达地球，与各种原子发生碰撞，光量子本身变成热量。与此同时，原子被碰撞后获得动能相互碰撞，也释放出少量的暗能量（能量子），使夜间温度不会急速下降，于是就有了适合人的温度。这也说明，为什么地球与太阳之间温度接近绝对零度（在零下270度左右），就是因为原子稀少，释放的暗能量极少的原故（光量子变成的热量也少）。同时也说明，阳光是不带热量的高速粒子束，只有与其他物质发生碰撞才能产生热量。 一般物质与物质碰撞也是一样，释放出的暗能量（能量子），一部分表现为热量，一部分反推对方，这应该是作用力与反作用力的来源。 原子碰撞后释放的高浓度暗能量，最后都会沉浸于广阔无垠低浓度暗能量空间中（否则，地球会是高温环境），物质空间总是朝着冰
冷世界演化。 注：冷聚变 物质空间与反物质空间相撞产生湮灭形成黑洞，并喷射出能量到真空中（原始能量）。 首先，原始能量遇冷收缩，形成高浓度能量。然后，新的原始能量冲击高浓度能量产生出无数旋涡（很像冷热空气相互作用形成的风眼，推动物质做旋转运动），同时产生出暗物质（能量与物质的过渡形态，似物非物时隐时现）、基本粒子、原子，这个过程称为冷聚变。残存的没有物化的能量就是暗能量，他包裹着所有物质。
暗物质暗能量和反物质猜想（十三 北京笔记，暗物质、暗能量和反物质及其粒子的猜想（十三） 我的暗物质、暗能量和反物质及其粒子的一些猜想（第十三部分）如下： 暗能量、暗物质可能是一种比微生物、粒子、原子、中子及量子等所有微粒子更小的一种细微物质，它们一是可能起到控制宇宙形态作用、二是可能起到促进所有物质和生命变异和进化作用。另一种可能是，暗能量、暗物质就是宇宙所有微物质和微粒子的总和、所有的宇宙微物质和微粒子加在一起构成了暗能量、暗物质、至少是它们结合在一起、相互产生化学和物理作用后的产物。 太阳系当中的暗能量、暗物质及其反物质的数量相对来说是比较少，尤其是大气层之内、我们的地球环境则更少，还不到大气层之外的三分之一、也就是百分之三十左右。暗能量、暗物质及其反物质在大气层之外、太阳系之内所占的比例为百分之八十，只有个别地方、比如一些黑洞附近就达到百分之九十五左右，这同整个宇宙的布局差不多。我们这些普通物质在大气层、也就是地球环境之内之内占百分之五左右，而在大气层之外到太阳系之内占百分之四左右，个别地方只占百分之三左右，比如一些黑洞附近就是，这同整个宇宙的布局差不多。
由于暗能量、暗物质本身就是宇宙的神经系统，故它们也是生命与人类的神经系统，至少是重要的构成成分，比如，我们每一个人大脑神经系统就是由暗能量、暗物质来控制和起决定作用的，因为，它们已经占有了我们大脑与神经系统三分之一以上的分量，但是，一旦超过一半以上，就是这个人正在变坏或已经变坏的时候，因为，任何一个坏人本身就是超过半数以上的，比如，一个正常人正在发生变质、变坏、变态时候，他身体里暗能量、暗物质的数量是呈现急剧增加明显趋势的，倘若这时候控制不住，一旦超过半数以上，那么，这个人就一定是已经实施了犯罪、或已经成为了犯罪分子，这是肯定的。 别认为宇宙是死的，什么都不知道，宇宙不是死的、而是活的，而暗能量、暗物质就是宇宙的神经系统，控制着整个宇宙一切的行为（行动）向科学的方向发展，宇宙能够控制好所有宇宙物质与生命的秩序，自然和整个宇宙才是万事万物的主宰者和最高统帅，才是我们真正的主。 那些少数的邪恶、凶恶、险恶、狠毒、冷血、残酷、冷酷、无情、丑陋、罪恶和好色之徒的人身体里面邪恶的暗能量、暗物质及其反物质的数量肯定多，肯定要比好人、正常人要多得多，这是肯定的。也就是说，凡是品质恶劣的人身体里面邪恶的暗能量、暗物质及其反物质
关于暗物质，暗能量，以及与我们的关系——简明形象地表述自己的思想和理解，真不是一件容易的事情啊。我尽力而为。 关于此文： 1、不要笑话我做些与读书考试挣钱谋生升职无关的事情！没有意义和价值的事，我不会去做。 2、文中相关科学事宜真实可靠，可自行查找相关资料(百度、google、cnki...) ———————————— 3、多一丝耐心，越往后越有意义，但不要挑着、跳着看。实在来不及就下次接着看。 4、看完此文者，必有收获！绝未食言。—————————————— 暗物质暗能量是相对于明物质而言。 ▲明物质，也称普通物质，一般来说就是能看得到、触摸到、或借助工具能测量或看到的所有事物，自身能发光，或者反射 光。简单说来，“即使普通物质不发光地藏身于最黑暗的角落，只要人们拿上手电筒照一照，总能发现它们”。 明物质小到光子质子原子分子、人体各组织，大到宇宙星体；近到人身体内外，远到宇宙无限深处的星系星云天体。 然而，即使明物质(普通物质)组成的各种物体如此庞大，全部微观世界、宏观世界加在一起也不会超过整个宇宙组成的4%(李政道等认为不足1%)。
—————————————— ▲暗物质，与明物质正相反，不为人眼所看到，也不被目前的仪器所观测，所以称之为“暗物质”——这不是说这种物质发出或反射的光线很暗以至于我们看不清或看不到！如果那样的话，那只是进入人眼的光子数量太少甚至没有，以至于我们无法看到，但它还是明物质。 暗物质，根本就不发光、不反射或折射光，不与光和各种辐射发生任何作用！ —————————————— ▲暗能量，比暗物质更加奇特而重要，是不可见的、能推动宇宙运动的能量存在。宇宙中所有的恒星和行星的运动皆是由暗能量来推动的！而且如今暗能量正推动着宇宙加速膨胀。
宇宙中的暗物质与暗能量 “氢氦锂铍硼、碳氮氧氟氖、钠镁铝硅磷??，”朗朗上口，这些是我们中学时期所学的元素周期表，这些是组成天地间所有物质的基本元素，可是，我们所学的这些元素放到浩瀚的宇宙中，却跌份缩水，成了4%。那么，宇宙中余下的96%是由什么组成的呢？经过科学家们对近几年来的天文观测和理论研究进行梳理，总结，并得出初步结论：这剩余的96%的物质是由暗物质和暗能量组成的，其中73%的成份是暗能量，23%是暗物质。可见，这96%的暗能量和暗物质相互作用将主宰着宇宙的命运!决定着宇宙的未来。那么暗能量是什么？暗物质又是什么？它们的组成成份是什么？又是如何决定着宇宙命运的？这已成为当前宇宙学研究的一大热点。下面，我就给大家来介绍一下这主宰宇宙命运的暗物质和暗能量。 1.宇宙中的暗物质 由2类自由流阻尼标度导出的天体、粒子质量和半径的计算式为]1[： N i pL i i N i i r A r A A r m A m 111, ===- (1) 其中：N m 表核子质量，取Gev m N 1=；核子半径cm r N 1410-=。Planek 大数 1910≈A 。天体取i-1，粒子取i+1.此处只给出要用到的结果，对于中微子0e v ，i 取2 1-，则: .10,32.024210210 cm r A r eV m A m N v N v e e ---≈=≈= (2) 在第2类自由流阻尼标度理论中，已把现时中微子归入暗物质．而中性微子0eB U 是0e v 的超对称伴子，因此0 eB U 是宇宙早期的暗物质．而低温相到高温相将使 粒子变重]7[，例如现时质子质量约为1GeV ，已有实验迹象 表明宇宙早期质子GeV m P 122110eV 10==早，因此宇宙早期的GeV m eB U 3200≈.这一结果与粒子的自然性法则一致，即: