暗物质和暗能量25页PPT
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暗宇宙里的暗物质与暗能量两条互不相干的理由让科学家相信,宇宙中充斥着某种未知形式的物质——暗物质。
一是恒星、星系和气体云团的运动方式,就好像它们受到了不可见物质引力的牵引。
二是放射性衰变之类的过程提出的难题,可以用一些迄今未知的粒子来合理解释。
暗物质和暗能量构成的“暗宇宙”,与我们的宇宙交织在一起。
虽然看不见也摸不着,但暗宇宙中的暗居民们或许过着跟我们一样丰富精彩的隐秘生活。
暗物质和暗能量构成了一个我们看不到也摸不着的暗宇宙,与我们的可见世界交织在一起。
那里会不会有我们看不见的电子和质子,构成我们看不见的原子和分子,再构建起我们看不见的行星和恒星,甚至进化出我们看不见的人类呢?粒子物理学家为这些问题提供了意想不到的答案。
两条互不相干的理由让科学家相信,宇宙中充斥着某种未知形式的物质——暗物质。
一是恒星、星系和气体云团的运动方式,就好像它们受到了不可见物质引力的牵引。
二是放射性衰变之类的过程提出的难题,可以用一些迄今未知的粒子来合理解释。
通常认为暗物质由WIMP粒子构成,这种粒子几乎不与可见世界发生相互作用。
孤僻是它的必要条件。
或者至少可以说,这是常见的假设。
暗物质有没有可能实际上拥有丰富精彩的内部生活?努力想弄明白暗物质由什么东西构成的粒子物理学家认为,它们能够通过一大堆作用力发生互动,其中就包括某种我们的眼睛完全不可见的“光”。
1846 年9 月23 日,德国柏林天文台台长约翰·戈特弗里德·伽勒(Johann Gottfried Galle)收到一封信,一封即将改变天文学发展进程的信。
寄这封信的是一个法国人,名叫于尔班·勒威耶(Urbain Le Verrier)。
他一直在研究天王星(Uranus)的运动,得出了如下结论——天王星的轨迹无法用当时已知的、作用于其上的引力来完全解释。
于是勒威耶提出,必定存在一个当时尚未观测到的天体,它的引力干扰了天王星轨道,而且干扰方式刚好能够解释观测到的异常运动。
暗物质、暗能量和反物质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。