探索暗物质
在天文学界和物理学界，有一个被科学家称为世纪之谜的问题待解，这便是暗物质。
为了探究这个奥秘，找到暗物质粒子存在的证据，2011年，中国科学院正式将暗物质粒子探测卫星列入中国科学院战略先导专项空间科学项目，并作为我国科学卫星系列的首发卫星。经过4年多的筹备，卫星已经完成研制并整体交付。今年年底，暗物质粒子探测卫星将在酒泉卫星发射基地择机发射。9月29日，探测卫星的牵头研制单位——中国科学院紫金山天文台在南京举行了卫星全球征名活动的启动仪式。
暗物质是什么
不带电荷也没有电磁场相互作用，像幽灵一样能穿透阻碍物
“千万别相信你的眼睛，有些东西不是用眼睛就可以看到的，比如说暗物质。”谈到这个话题，暗物质粒子探测卫星首席科学家、紫金山天文台研究员常进就像在说一个从未谋面的朋友，既亲切又陌生。
暗物质是什么？“宇宙中，我们能看见的物质，都因为带有电子而能‘发光’，而我们能触碰一张桌子、一面墙，感觉到它们的存在，是因为有电磁场的相互作用。与此不同，暗物质是不带电荷的，也没有电磁场的相互作用，能像幽灵一样穿透阻碍物，不着痕迹地从身边飞走。因此尽管我们周围存在暗物质，例如平均1立方厘米的空气中可能就有上千颗暗物质粒子，但并不能为我们所看到或感觉到。”常进说。
那么我们判断其存在的根据是什么？
暗物质粒子探测卫星项目组成员、紫金山天文台助理研究员冯磊介绍，支持暗物质假说主要的观测证据之一是旋转曲线。行星围绕着恒星旋转，其速度由这两者吸引力的大小决定，而吸引力的大小又取决于两者的质量。在研究漩涡星系时，科学家发现，其吸引力所需要的质量远远超出我们所能观测到的物质总量，否则行星就会冲破引力的束缚飞向茫茫宇宙，因此进一步推断，在人类已知的物质之外，还有另外一种物质存在。
此外，引力透镜的一些发现也支持着暗物质假说的成立。和光线通过玻璃透镜会偏转一样，宇宙线在通过大质量的物质周围时也会发生偏转。科学家们在研究子弹头星系团时发现，主要导致光线发生偏转的地方并没有看得见的物质存在，这说明，有一种我们所看不到的暗物质存在。此外，对暗物质的假设还立足于对宇宙微波背景以及Ia型超新星的观测等。
用什么方式找
目前主要通过散射实验、湮灭实验以及产生实验这三种方式
寻找暗物质的过程对科学家们来说，就像是和幽灵捉迷藏。到底怎样才能找到暗物质呢？
常进介绍，目前世界范围内大致有三种方法来对暗物质进行捕获。第一种是基于暗物质能与普通物质产生互相作用的假设。简单地说，研究过程就是将一个静止的靶子设置好，如果暗物质打进来，带电原子核就会飞出去，科学家也将能捕获其信号。目前，各国有不少这样的散射实验项目，其中我国四川锦屏的地下实验室是目前世界上最深的研究暗物质实验室。在这个领域，欧洲的DAMA实验团队曾声称已经观测到暗物质，但包括美国LUS团队和四川锦屏团队在内的其他探索，均未证实此发现。
散射实验如此之难，于是产生了第二种方法，观测暗物质衰变或湮灭后产生的可见粒子。这种方法是基于暗物质自身会湮灭产生可见物质的假设。常进介绍，世界上的物质都有反物质，当一个物质遇到一个反物质的时候，两者都会被摧毁，由此产生巨大的能量。但是暗物质非常独特，它的反物质就是本身，如果暗物质粒子和自身的反物质粒子发生碰撞，那么所产生的能量将更大。假如能够监测到暗物质粒子碰撞后产生的是高能电子，其流量远高于正常值，通过这种湮灭实验间接证明了有暗物质的产生。诺贝尔奖获得者丁肇中研制并放置在国际空间站的阿尔法磁谱仪2号、上个月日本发射的量能器电子望远镜，以及我国即将发射的暗物质粒子探测卫星等，都是基于对宇宙线的探测而寻找暗物质的间接尝试。
还有一种寻找暗物质的方法，是基于可见物质相互作用能产生暗物质的假设，用大型质子对撞机探测，两束高能粒子对撞产生暗物质粒子，也就是产生实验。例如在欧洲核子中心，就有此方面的研究，但目前尚未发现新的证据。
卫星如何找
通过探测宇宙中高能粒子的方向、能量以及电荷大小来间接寻找和研究暗物质粒子
为了进一步寻找暗物质，2011年，中科院紫金山天文台自主提出暗物质粒子探测卫星计划。2015年底，首颗探测卫星将被放入外太空寻找暗物质。
这与以往的探测手段相比有什么优势？
“在地球表面，宇宙线经过大气层时被屏蔽了，这阻碍了观测。所以我们需要‘上天’或者‘入地’，以减少屏蔽干扰。”暗物质卫星科学应用系统总设计师伍健介绍，和此前的探索手段相比，暗物质粒子探测卫星能探测的粒子的最大能量大约是阿尔法磁谱仪2号的10倍；同时，能量分辨率更高，比NASA费米卫星的准确率提升了10倍，并能观测阿尔法磁谱仪2号所无法观测的光子；此外，还提高了电子与质子相互区别的能力，将对两者的误判下降到几十万分之一。
值得一提的是，在以往的探测手段中，热气球虽然造价低，但运行不太稳定；阿尔法磁谱仪2号虽然能够长时间观测，但耗资高，造价大约是20亿美元。我们这颗卫星的造价约为7亿元，相比之下耗资少，重量轻，被寄予厚望。
常进介绍，卫星的主要任务是通过探测宇宙中高能粒子的方向、能量以及电荷大小来间接寻找和研究暗物质粒子。该卫星的有效载荷属于大型空间高能设备，由塑闪阵列探测器、硅阵列探测器、BGO量能器和中子探测器四层科学探测器组成，包含近8万路电子学信号通道，是世界上迄今为止观测能段范围最宽、能量分辨率最优的暗物质粒子空间探测器。
“它在发射升空后，将围绕地球旋转，四层科学探测器将面朝太空，全面接收来自宇宙的高能电子和伽马射线。这相当于在宇宙中放置了一台除去大气层面纱的‘超高清望远镜’，所有收集到的科学数据将完整保存，并实时传回地面。目前，卫星在通过验收，并且在欧洲等地反复实验后，已整体交付给卫星发射系统。”常进说。
暗物质距离人类生活如此遥远，科学家为什么愿意花这么多时间、精力和成本去寻找？
“这一方面源自人类对于未知的好奇心和求知欲，另一方面，科学研究的价值和意义虽然有时在短期内无法显现，但却往往能带来一些效果显著的‘副产品’，给科技和生活带来变革。”伍健说。例如在这颗卫星的研制过程中，曾需要一种BGO晶体，但此前世界范围内最长的该类晶体只有30厘米，科学家们为此更新了技术，实现晶体60厘米的突破，并将其应用在工业和国防领域。
发射升空后，除了寻找和研究暗物质粒子，这颗卫星还将致力于研究宇宙线起源和伽马射线等，推动我国空间科学发展。
广西2018届高三理综下学期4月考前模拟联合试题 一、选择題：本题共13小题，每小题6分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符题目要求的。 1. 下列有关肽键的叙述，错误的是 A蛋白质中的肽键数等于或小于脱水缩合过程中的氨基酸数 B含肽键的物质都可与双缩试剂发生作用，产生紫色反应 C核糖体上可形成肽健，溶酶体内可发生肽键的水解 D肽键的元素组成为C H、O .N，其牢固程度与碳碳双键紧密相关 2. 以紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞作为观察植物细胞质壁分离和复原实验的材料，下列有关说法正确的是 A. 正在发生质壁分离的细胞，其吸水能力逐渐减弱 B正在发生质壁分离的细胞，其紫色区域逐渐缩小，颜色逐渐变深 C发生质壁分离后完全复原的细胞，其细胞液浓度最终与外界溶液浓度相同 D该实验不选择紫色洋葱鳞片叶内表皮细胞作材料，是由于该类细胞不能发生质壁分离 3. 光合作用过程产生的物质中，能进人线粒体并参与有氧呼吸的是 AGH2Q B.ATP C. [H] D.O 2 4. 下列有关人体内环境稳态和生命活动调节的说法，正确的是 A. Na+对维持细胞内液渗透压有重要作用 B血浆中的HCO T, HP&等能使血浆的pH保持不变 C.在寒冷环境中，人体的产热量增加、散热量减少 D在血糖调节过程中存在反馈调节 5. 研究人员对某草原上啮齿动物多样性进行了连续8年的定点监测研究结果如下表所示。下 列说法错误的是 2002-2009
禁牧区：禁牧8年以上。轮牧区：草地采取围栏轮牧。过牧区：常年不断过度放牧) A?自然和人类干扰活动是影响物种多样性的重要因素 B可用标志重捕法调查该草原上啮齿动物的种群数量 C放牧强度对草原上啮齿动物的优势种没有影响 D食物缺乏条件下，短耳仓鼠最有可能从该草原消失 6、下列关于人类遗传病的说法，错误的是 A. 致病基因的表达是人患遗传病的根本原因 B调查某种遗传病的发病率应在人群中随机抽样 C.画遗传系谱图是确定某些遗传病遗传方式的有效方法之一 D通过染色体组型分析可以在早期发现某些遗传病 7、化学与生活、社会密切相关，下列说法正确的是 A. 高锰酸钾溶液、酒精、双氧水能杀菌消毒，都利用了强氧化性 B. 通信光缆的主要成分是晶体Si，太阳能电池的材料主要是SiO2 C. 将矿物燃料脱硫脱硝可有效防止酸雨 D. 以“地沟油”为原料生产的生物柴油与以“石油”为原料生产的柴油化学成分相似 8、下列说法正确的是 A. 分子式为GH8Q的有机物共有5种 B. 蛋白质在酶等催化剂作用下水解可得到氨基酸 C. 乙烷、氯乙烷、二氯乙烷互为同系物 D. 植物油中不可能含有碳碳双健 9、下列实验操作规范且能达到相应实验目的的是
物理学最前沿八大难题 当今科学研究中三个突出的基本问题是：宇宙构成、物质结构及生命的本质和维持，所对应的现代新技术革命的八大学科分别是：能源、信息、材料、微光、微电子技术、海洋科学、空间技术和计算机技术等。物理学在这些问题的解决和学科中占有首要的地位。 我们可以从物理学最前沿的八大难题来了解最新的物理学动态。 难题一：什么是暗能量 宇宙学最近的两个发现证实，普通物质和暗物质远不足以解释宇宙的结构。还有第三种成分，它不是物质而是某种形式的暗能量。 这种神秘成分存在的一个证据，来源于对宇宙构造的测量。爱因斯坦认为，所有物质都会改变它周围时空的形状。因此，宇宙的总体形状由其中的总质量和能量决定。最近科学家对大爆炸剩余能量的研究显示，宇宙有着最为简单的形状——是扁平的。这又反过来揭示了宇宙的总质量密度。但天文学家在将所有暗物质和普通物质的可能来源加起来之后发现，宇宙的质量密度仍少了2／3之多！ 难题二：什么是暗物质 我们能找到的普通物质仅占整个宇宙的4％，远远少于宇宙的总物质的含量。这得到了各种测算方法的证实，并且也证实宇宙的大部分是不可见的。
最有可能的暗物质成分是中微子或其他两种粒子： neutralino和axions（轴子），但这仅是物理学的理论推测，并未探测到，据说是没有较为有效的测量方法。又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。如果找到它们的话，很可能让我们真正的认识宇宙的各种情况。 难题三：中微子有质量 不久前，物理学家还认为中微子没有质量，但最近的进展表明，这些粒子可能也有些许质量。任何这方面的证据也可以作为理论依据，找出4种自然力量中的3种——电磁、强力和弱力——的共性。即使很小的重量也可以叠加，因为大爆炸留下了大量的中微子，最新实验还证明它具有超过光速的性质。 难题四：从铁到铀的重元素如何形成 暗物质和可能的暗能量都生成于宇宙初始时期——氢、锂等轻元素形成的时候。较重的元素后来形成于星体内部，核反应使质子和中子结合生成新的原子核。比如说，四个氢核通过一系列反应聚变成一个氢核。这就是太阳发生的情况，它提供了地球需要的热量。当然也还有其它的种种核反应。 当核聚变产生比铁重的元素时，就需要大量的中子。因此，天文学家认为，较重的原子形成于超新星爆炸过程中，有大量现成的中子，尽管其成因还不很清楚。另外，最近一些科学家已确定，至少一些最重的元素；如金、铅等，是形成于更强的爆炸中。还有一点需要确定，即当两颗中子星相撞还会塌陷成为黑洞。
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
基础巩固练(十三) 阅读下面的文字，完成1～3题。 随着暗物质粒子探测卫星“悟空”号成功飞天，推开了一扇寻找暗物质幽灵的新窗口，确保在距离地面大约500千米的太阳同步轨道上分辨出高能电子和测量它们的能量来源奠定坚实的基础。人们赋予它这个诗意的别称“悟空”，()。 中科院院士吴岳良说，根据最新天文观测结果，宇宙是由27%的暗物质、68%的暗能量和5%的普通物质组成的。暗物质不发光，不发出电磁波，从来没有被直接“看”到过。对于神秘的暗物质，科学家迫切想知道它到底是什么，对它们的研究很可能会引发科学上的革命。 与暗物质________的，不只有光，还有普通物质，他们靠分子和原子之间的电磁力组装在一起。也正是通过这样的电磁作用，我们才能够触摸到这个大千世界。而暗物质，对这样的电磁作用，根本就________。 在运行的头530天里，“悟空”号果然________，一共记录到28亿个高能粒子，从中分辨出150万个高能电子，测量了它们的能量和来源方位。以高置信度观测到了能谱在TeV 处的拐折行为，从________的乱象中抓住了一条关键线索，或许能够帮助我们认清这个幽灵的真面目。中科院院长白春礼认为，“悟空”成果的取得，表明中国科学家已经从自然科学前沿理论的学习者、继承者、围观者，逐渐走到了舞台中央。 1．文中画横线的句子有语病，下列修改最恰当的一项是() A．暗物质粒子探测卫星“悟空”成功飞天，推开了一扇寻找暗物质幽灵的新窗口，确保在距离地面大约500千米的太阳同步轨道上分辨出高能电子和测量它们的能量来源奠定坚实的基础。 B．随着暗物质粒子探测卫星“悟空”成功飞天，推开了一扇寻找暗物质幽灵的新窗口，为在距离地面大约500千米的太阳同步轨道上分辨出高能电子和测量它们的能量来源奠定坚实的基础。 C．随着暗物质粒子探测卫星“悟空”成功飞天，推开了一扇寻找暗物质幽灵的新窗口，确保在距离地面大约500千米的太阳同步轨道上分辨出高能电子和测量它们的能量来源。 D．暗物质粒子探测卫星“悟空”成功飞天，推开了一扇寻找暗物质幽灵的新窗口，为在距离地面大约500千米的太阳同步轨道上分辨出高能电子和测量它们的能量来源奠定坚
暗物质是一种比电子和光子还要小的物质，不带电荷，不与电子发生干扰，能够穿越电磁波和引力场，是宇宙的重要组成部分。暗物质的密度非常小，但是数量庞大，因此它的总质量很大，它们代表了宇宙中84.5%的物质含量，其中人类可见的只占宇宙总物质量的10%不到（约5%）。暗物质无法直接观测得到，但它能干扰星体发出的光波或引力，其存在能被明显地感受到。 暗物质的存在一经证实，意味着人类首次发现了暗物质存在的形式，将是物理学的重大突破。暗物质被称为“世纪之谜”。它“霸占”了宇宙95%的地盘，却摸不到看不着，甚至让爱因斯坦都迷糊了，否认了它的存在。令人兴奋的是，经过10年观测，紫金山天文台专家捕捉到了很可能是暗物质留下的“足迹”——高能电子，这可能是暗物质存在的一个有力证据。 学界轰动——什么是暗物质？ 看不见、摸不着、重如山？ 在现代天文学界和物理学界，有一个被科学家称为“世纪之谜”的问题待解，它也是困扰现代物理学发展的一个重大难题，这便是暗物质，暗物质的本质到现在还不清楚。 1937年，天文学家弗里兹·扎维奇发现，大型星系团中的星系具有极高的运动速度，然而星系的运行速度远远超出万有引力公式计算出的结果，这表明除了人类已知的星系团核心物质对该星系的引力外，还存在其他引力。天文学家进一步推断，在人类已知的宇宙物质之外，还有一种物质存在。平常人很难理解暗物质，常进告诉记者：“这个物质很奇怪，不仅本身不发光，而且光线也射不进去，所以人是看不到的。最令人惊讶的是，它虽然摸不到，却有重量和引力。” 常进介绍，最新的天文观测表明，宇宙的组成包括普通物质、暗物质和暗能量，其中暗物质占宇宙25%，暗能量占70%，我们通常所观测到的普通物质只占宇宙质量5%。宇宙“暗”的一面，主宰了整个宇宙。 有趣的是，爱因斯坦曾提出暗物质这个概念，又被他自己否定了，原因很简单，他认为暗物质破坏了他的经典论著《相对论》的优美。 据国外媒体报道，暗物质是宇宙中最为神秘的物质之一，我们无法通过肉眼看到暗物质，更重要的是暗物质在宇宙质能中占据了很大一部分，科学家此前发现在银河系周围也存在大量的暗物质。 黑洞银河系中央就是黑洞，很奇怪，在靠近黑洞表面的时候，时间似乎停止了，光到那里也不走了，一切就好像停住了 量子力学研究最小物质的理论 弦理论弦论的一个基本观点是，自然界的基本单元不是电子、光子、中微子和夸克之类的点状粒子，而是很小很小的线状的“弦”。认为组成所有物质的最基本单位是一小段“能量弦线”，
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).
直接探测暗物质 马欣华 一、为什么相信有暗物质存在？ “暗物质”这个名字听起来有些神秘（其实还有听起来更神秘的“暗能量”，这超出了本文的范围。暗物质、暗能量并称为漂浮在当代物理学及天文学上空的两朵乌云）。从字面上来看，和暗物质对应的应该是“明物质”吧。虽然还没有人这么叫，但是其实“明物质”是对已知物质形态的一个很简单明了的形容，因为已知物质是由已知的基本粒子——夸克、轻子及其相互作用媒介子（包括光子、胶子、Z 0、W±以及尚未发现的引力子）——所构成的，这些基本粒子参与（或部分参与）四大相互作用——万有引力作用、电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用，比如能发光或者发电，或者作用、衰变后的次级粒子能发光发电。光、电即电磁波和电流，实际是从宏观角度上说的，现代的探测器归根到底都是测光信号、电信号以及信号组成的径迹。这样，这些物质就都在“明”处了，即人们能在实验室里用探测器（当然是由“明物质”构成的）探测到其存在或者曾经存在，这就是现代物理学的实验基石。大家可以想出一些例子，比如居里夫妇发现放射性元素，卢瑟福测出原子结构，LEP精确测量Z0、W±质量等。 而暗物质不同，它不是在实验室里对微观世界进行研究时产生的概念，而是来自于天文学观测这一宏观领域，由兹维基（F. Zwicky）早在70多年前就提出了。这似乎又回到了牛顿时代，牛顿正是从前人对太阳系活动的观测结果中发现万有引力定律的。出个最基本的大学普通物理习题吧（做个积分马上见分晓）：在万有引力作用下，如果星系的质量大部分都集中在星系中心，那么一颗位于星系中心以外的恒星绕中心旋转的速度随恒星到中心的距离如何变化（所谓旋转曲线）？而如果星系的质量分散在整个星系，换句话说，这颗恒星穿行在一个质量球中，那么速度和距离的关系又是怎样呢？对恒星速度的观测表明，星系的质量并不集中在星系中心这一星系中最亮的、也就是说恒星最多的地方，而是分散在整个星系晕中，这就说明了星系中大部分质量是“暗”的。还不仅仅是这一个证据，对星系、星系团、引力 透镜、宇宙大尺度 结构的观测结果 都表明，宇宙中大 部分物质是暗物质。（不过还有另外的一个思路来解释这些天文现象，就是修改引力理论，即MOND，本文暂不涉及这方面。） 天文观测表明，暗物质有质量，至少参与引力相互作用，不参与电磁作用和强相互作用，可能有弱的相互作用（与四大相互作用中的弱相互作用并不相同），而且暗物质不是重子物质。到目前为止，人们所了解的暗物质的性能特点就这些了，而且暗物质参与的作用如此之弱以至于很难观测到，这就给予理论以弹性很大的想象与发挥空间。理论预言的暗物质粒子类型让人眼花缭乱，不仅质量可轻可重，而且还可热可温可冷，即运动速度可以是相对论的、近相对论的或者非相对论的。热暗物质的候选者是中微子；温暗物质的候选者是sterile neu-trinos、gravitinos和axino；冷暗物质的候选者是超对称模型预言的neutralino、轴子、类轴子粒子。 二、怎样才能捉到暗物质？ 既然暗物质粒子作用如此之弱，那么还有可能抓到它吗？物理学家的信念是：暗物质粒子肯定不是孤家寡人，而是一定会和周围已知粒子发生作用，并且暗物质粒子的存在能够在已知粒子的存在、变化形态上反映出来，作用再弱也一定能够被观测到。更进一步的，物理学家相信可以用费曼图描述相互作用，如图1所示，暗物质粒子可以和已知粒子产生未知的相互作用，三个箭头代表三种可能的反应过程： 1. 两个已知粒子碰撞产生两个暗物质粒子（向左箭头）。这可以在对撞机实验上产生。目前全世界最大的对撞机LHC的一个重要物理目标就是希望在高能质子对撞产生的次级粒子中找到暗物质。 2. 两个暗物质粒子湮灭产生两个已知粒子，比如γ、正电子、反质子（向右箭头）。高空气球实验、卫星实验对各种宇宙线成分的能谱进行观测，查看是否有无法解释的对本底的超出，这种观测方式被称为暗物质的间接探测。 ·30 ·现代物理知识
选择题模拟小卷(七) 选择题(本题共8小题，每小题6分。在每小题给出的四个选项中，第14～18题只有一项符合题目要求，第19～21题有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。) 14．粗糙的水平地面上有一只木箱，现用一水平拉力拉木箱匀速前进，则( ) A ．拉力与地面对木箱的摩擦力是一对作用力与反作用力 B ．木箱对地面的压力与地面对木箱的支持力是一对平衡力 C ．木箱对地面的压力与地面对木箱的支持力是一对作用力与反作用力 D ．木箱对地面的压力与木箱受到的重力是一对平衡力 解析 拉力与地面对木箱的摩擦力作用在一个物体上，是一对平衡力，A 错；木箱对地面的压力与地面对木箱的支持力分别作用在地面和木箱上，作用在两个物体上，不是一对平衡力，B 错，C 正确；木箱对地面的压力与木箱受到的重力方向相同，作用在两个物体上，不是一对平衡力，D 错。 答案 C 15．2015年12月17日，我国首颗暗物质粒子探测卫星“悟空”在酒泉卫星发射中心成功发射升空，将去太空寻找暗物质存在的证据，这是人类在探索宇宙核心秘密的进程中迈出的又一重要步伐。若“悟空”绕地球运行n 圈所用的时间为t ，已知地球表面的重力加速度为g ，地球半径为R ，则“悟空”在圆轨道上运行的速率为( ) A.2πnR t B.2πngR 2 t C.32πngR 2 t D.42πngR 2t 解析 “悟空”的运行周期T ＝t n ，由万有引力提供向心力有G Mm r 2＝m 4π2 T 2r ，对地面上的物体有G Mm ′R 2＝m ′g ，联立解得r ＝3gR 2t 24π2n 2，故v ＝2πr T ＝32πngR 2t ，C 正确。 答案 C 16．已知动车进站前关闭发动机做匀变速直线运动，运动过程中先后经过A 、B 、C 、D 四点，如果测出AB ＝500 m ，BC ＝400 m ，测得动车通过AB 段与通过BC 段所用的时间相等，动车运动到D 点时恰好停住，则下列说法正确的是( ) A ．动车经过A 点时的瞬时速度为100 m/s B ．动车关闭发动机后做匀变速直线运动的加速度大小为10 m/s 2
论述明物质与暗物质 论述明物质与暗物质 物理学中将物质分为明物质与暗物质，其中明物质是人们能够观察到的物质，暗物质是人们不能利用、不能观察的物质，人们一定会问，既然是物质，为什么会存在人们观察不到的物质，会有暗物质存在，对暗物质说到底它是什么物质，它是由什么物质组成的，为什么不能让人们看到，暗物质存在到什么空间里了，如何才能找到暗物质，暗物质与明物质间能不能相互转化，如果能转化，能不能将明物质突然转化为暗物质，让人们看不到这个物体，或者是将暗物质突然转化为明物质，让人们看一看等等。 如果有哪一位科学家能够将明物质突然转化为暗物质，让这种物质进入人们所说的“另一个空间”，或者是将暗物质突然转化为明物质，让这种物质从人们所说的“另一个空间”中回来，在这个世界上可真是一件新闻，随着人们科学技术的完善，这一天总会到来。 对明物质与暗物质的认识，可以这样认为，明物质与暗物质都是由分子原子组成的，这一句话相信的人非常少，因为人们会提出这样的疑问，既然明物质与暗物质都是由分子原子组成的，为什么它们的物质特性会有这么大的差别，明物质可以被人们利用和观察，而暗物质却不能被人们利用和观察，是的，物质到底是明物质，还是暗物质，并不是取决于这种物质本身是由什么内容组成的，而是取决于物质与环境相互作用的光子信息能量，如果物质与环境相互作用光子信息能量，这种物质就能够被人们利用和观察，它就是明物质；如果这种物质不能与环境相互作用光子信息的能量，这种物质就是暗物质，所以说无论是暗物质还是明物质，都可以说成是由分子原子组成的，它是由于光子信息团构成的。 人们又会问一个常规问题，在什么时候是明物质，在什么时候是暗物质，这里可以说是有长期暗物质，有短期暗物质，也可以说成是有绝对暗物质与相对暗物质，事实上绝对暗物质，或者说真正的暗物质是不存在的，绝大多数是相对暗物质。 我们前面已经说过，物质是不是暗物质，是不是存在，并不是决定于它本身的构成，而是决定于它与环境相互作用光子信息的能量强度，如果它作用的光子信息能量强度比较大，达到人们观察利用的灵敏度，它就是明物质，相反，如果它与环境作用的光子信息能量强度特别小，达不到人们观察利用的灵敏度，它就是暗物质，所以如果环境中一个光子都没有，或者说环境中没有一个光子通过个区域，物质就是存在，物质也不能与环境作用光子信息，物质就不能表现自我，可以说物质就不能存在，物质就是暗物质
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
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/fa9779037.html, 如何探测暗物质 作者：郭红锋 来源：《军事文摘·科学少年》2020年第01期 暗物质真的“看不见”吗？目前科学家对暗物质的研究有哪些进展呢？原来，暗物质的所谓的“看不见”，不单单是说用我们的肉眼在可见光波段看不见，而是说不论人们探铡什么波段的电磁波，比如红外线、紫外线、X射戮、伽马射线等，都看不到它。不过，虽然暗物质粒子与常规物质仅有微弱的相互作用，暗物质粒子也有可能被精密的实验仪器探测到。目前科学家采用的探测手段可以分为3类：一是探测暗物质粒子直接与探测器中的物质发生相互作用，称为“直接探测”;二是寻找宇宙中暗物质自身衰变或湮灭产生普通物质的信号，称为“间接探测”;三是探寻粒子对撞机中人为产生的暗物质粒子，称为“加速器探测”。 如果暗物质是由微观粒子构成的，那么每时每刻都应该有大量的暗物质粒子穿过地球。如果其中1个粒子撞击了探测器物质中的原子核，那么探测器就能检测到原子核能量的变化并通过分析撞击的性质了解暗物质属性。然而，对于弱相互作用重粒子来说，由于它们与普通物质之间的相互作用极其微弱，被探測器捕捉到的概率也十分微弱。为了最大限度地屏蔽其他种类宇宙射线的干扰，暗物质直接探测实验往往在地下深处进行。目前，全世界有数十个暗物质探测实验在进行，包括一些暗物质地下实验。其中，位于我国四川的锦屏暗物质地下实验室，作为世界上埋深最大的暗物质地下实验室，具有得天独厚的优势。 既然在银河系中存在着大量的暗物质粒子，那么应该可以探测到它们湮灭或衰变所产生的常规基本粒子。间接探测就是在天文观测中寻找这种湮灭或衰变信号，包括宇宙线中的高能伽马射线、正负电子、正反质子、中子、中微子以及各种宇宙线核子。采取间接探测手段的实验可以利用卫星或空间站搭载的空间探测器直接收集宇宙线粒子，再通过高精度测量宇宙线的电子能谱，来寻找暗物质粒子湮灭的信号。2015年中国发射了暗物质粒子探测卫星“悟空号”，目前卫星在轨运行状态稳定，已获取了大量数据。 最后一种寻找暗物质的方法是在实验室里产生暗物质粒子。在高能粒子对撞实验中，可能会有尚未被发现的粒子包括暗物质粒子产生出来。如果对撞产生了暗物质粒子，由于其难以被探测器直接检测到，会导致被探测器检测到的对撞产物粒子的总能量和动量出现丢失的现象，这是产生了不可见粒子的一个特征。再结合直接或间接的探测手段，就可以帮助科学家确定对撞机中产生的粒子是否为暗物质粒子。
中国暗物质卫星“悟空”诞生记 发布时间：2015-12-17 11:04:36 | 来源：中国新闻网 | 作者：张素 | 责任编辑：苏向东中新社酒泉12月17日电题：中国暗物质卫星“悟空”诞生记 得名于中国古典名著《西游记》里的孙悟空，中国暗物质粒子探测卫星“悟空”17日在酒泉成功发射。记者综观此“悟空”诞生始末，与家喻户晓的“美猴王”倒真有几分相似。“悟空”出世 《西游记》开篇云：“有一座花果山，山上有一仙石，石产一卵，见风化一石猴，在那里拜四方。” 暗物质粒子探测卫星“悟空”始于2011年1月11日正式启动的首批战略性先导科技专项。该卫星首席科学家常进介绍，卫星体积为1.5米×1.5米×1.2米，整星质量1.85吨，从顶部到底部主要由塑闪阵列探测器、硅阵列探测器、BGO量能器和中子探测器构成，“四种探测器一层层组装，像是一个倒立的四层蛋糕”。 为提升该卫星的关注度，科学家们通过网络公开征名，共收到有效名称方案32517个。在数据统计的基础上经过专家评委投票，由中国科学院批准，正式命名为“悟空”。 来自宁波市天文爱好者协会的林磊是“悟空”提名者之一，他解释“既借助孙悟空的‘火眼金睛’形容探测器识别暗物质，也因‘悟空’与‘嫦娥’、‘天宫’一样均是明显的中国符号”。神通广大 传闻孙悟空拜菩提祖师为师，习得七十二变、筋斗云等技艺。“悟空”暗物质粒子探测卫星也不遑多让。常进说，卫星有效载荷达1.4吨，整体结构复杂，共包含近8万路电子学信号通道，“这是迄今为止观测能段范围最宽、能量分辨率最优的空间探测器”。 暗物质粒子探测卫星工程卫星系统总师李华旺说，四种探测器各有所长。比如塑闪阵列探测器采用了中国自主研制的世界最大闪烁体，BGO量能器里有308根中国科学家培养出的世界最长BGO晶体。 “悟空”的本领已得到多方肯定。在方案阶段至正样阶段，它曾赴欧洲核子中心进行了4次束流标定试验。卫星系统副总设计师安琪形容这个过程“就像是拿自己的秤去国家计量单位校准”，最终确定“悟空”观测能段范围覆盖0.5GeV—10TeV。 “悟空”还很“物美价廉”。它的研制费用是已有的阿尔法磁谱仪2号的1/20，是美国FERMI 卫星的1/7。 飞天取经 《西游记》里的孙悟空随唐僧历经九九八十一难，从西天取得真经。“悟空”暗物质粒子探测卫星也承载重任，要到茫茫宇宙求证暗物质的存在。 12月17日，“悟空”搭乘长征二号丁型火箭顺利升空，进入高约500千米的太阳同步轨道。李华旺说，接下来将进行卫星在轨测试，“对载荷进行在轨数据测量，确保传下来的数据都是真实准确的”。 根据设想，卫星将围绕地球旋转，四层科学探测器面朝太空，全面接受来自四面八方的高能电子和伽马射线。它日均观测500万个高能粒子，每日传回数据量约16G。 “卫星将观测暗物质粒子和暗物质粒子相互作用。”常进说，比如暗物质湮灭或衰变的产物，反推暗物质的物理性质及空间分布。常进曾研制出小探测器，搭载长期停留大气层上空的气球，观测到高能谱段的“奇异现象”。他期待“悟空”在太空积累更多数据，一旦勾勒出的“伽马射线能谱”反映出与以往类似的谱线极段等特征，意味着获得暗物质粒子存在的强有力证据。 斗战胜佛
暗物质不存在 扑朔迷离的暗物质 地球距离太阳1.5亿千米，以每秒29.78千米的速度公转，闱绕太阳转一圈是1年；而距离太阳14亿千米的土足绕太阳一周则是30年，公转速度只有每秒6.81千米；海王星和冥王星转一圈竟是100多年，绕太阳旋转更慢。可见星球距离星系中心越近，所受引力越大，转动速度越快。 人造地球卫星围绕地球转动也是这样。这是太阳系里的情况。那么亿万颗恒星组成的庞大的星系也应该是这样吧？科学家的确是这么认为的，因为星系中所有的恒星都在围绕着星系的中心旋转，越靠星系边缘的恒星受到的引力也是越小，肯定是靠近中心的恒星旋转速度最快，越靠外缘，旋转越慢。 可是观测结果却和人们的想法截然相反！星系最边缘的恒星并没有落后，而是比预料中的速度要快得多，若根据牛顿引力定律，这样的速度会让边缘的恒星从星系中飞出去，可这样的情况并没有发生.好像有一种我们看不见的无形的物质把这些恒星抓在一起，防止它们各自飞散。 另外，爱因斯坦告诉我们，光线在经过大质量天体附近时会弯曲，由于这一点，在地球上的我们看过去，很可能一颗星星就变成了许多星星，星星会出现许多虚像，星星的亮度也会增大许多，这就是广义相对论所预言的引力透镜效应，就像引力场具有凸透镜的聚焦作用，可以把一颗星发出的光收拢和聚集。现实确实如爱因斯坦所言，只是所观察到的引力透镜效应有时却出奇地强大，好像光线经过了质量非常大的天体周围，被弯曲得很厉害。可实际上天文观测却没有发现那个质量巨大的天体。 以上种种现象引发了科学家们的苦苦思索，为了解释这些现象，科学家推测星系中的恒星是埋没在我们看不见的冷暗物质中，就像太阳被球形光晕包围着一样，只是这种暗物质晕我们还无法探测。也许是暗物质提供了额外的引力，保证了边缘恒星的快速旋转，引发了光线产生较大的弯曲。 自此以后，人们开始忙于研究和寻找暗物质，但是自1933年暗物质被提出以来，经过了这么多年的研究，暗物质还是那么不可捉摸。人们通过各种类型的望远镜虽然观测到了许多原本没有发现的物质，但这些物质的质量显然太小，并不是科学家们所描述的弥漫于宇宙空间、支配星系运转的暗物质。而且暗物质的假设有很多漏洞，首先，暗物质到底是由什么粒子组成的，科学家想像不出来，这种物质没有体积，没有压强，难以捉摸。粒子物理学推延到各种极端情况下，会描述出极端条件下的许多奇异粒子，但在这些奇异粒子中也无法找到能够组成暗物质的什么粒子，可以说探测暗物质粒子的所有实验都没有成功过。对于暗物质还没有任何实际的对应粒子，它只是用来解释宇宙中的一些现象时引入的概念。 暗物质到底存不存在？如果寻找和研究的都是不存在的物质，岂不是很徒劳？如果不引入暗物质，能否通过别的途径解释所观测到的宇宙中的现象吗？一些科学家于是把目光聚焦在引力理论的调整上：也许我们对引力的理解有误，牛顿引力理论和爱因斯坦的广义相对论需要一个更适用的引力理论来替代。 牛顿第二定律有局限 牛顿第二运动定律认为，质量一定的物体所产生的加速度与所受的力成正比，这个定律
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
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/fa9779037.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