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探索宇宙的暗黑面暗能量与暗物质探索宇宙的暗黑面：暗能量与暗物质宇宙是无穷广阔的，充满了各种神秘和未知。
科学家们长期以来一直在努力探索宇宙的奥秘，并发现了许多引人入胜的发现。
然而，宇宙中的大部分能量和物质都是我们无法直接观测到的，它们被称为暗能量和暗物质。
本文将探索宇宙的这一暗黑面，解释暗能量和暗物质的概念、特性和重要性。
一、暗能量：宇宙扩张的推动力暗能量是宇宙中一种神秘的力量，被认为是宇宙扩张的推动力。
它被称为暗能量的原因是它无法直接被观测到，我们只能通过观察其对宇宙的影响来推测其存在。
科学家们最早发现暗能量的存在是通过观测到宇宙膨胀的加速度。
根据引力理论，原本的预期是宇宙的膨胀速度会随着时间的推移减缓，然而观测到的事实是相反的，宇宙膨胀的速度正不断加快。
为了解释这个现象，天文学家们提出了暗能量的概念，认为它是一种负压力，推动着宇宙的膨胀。
暗能量的物理本质仍然是一个谜，科学家们正在进行各种实验和观测来进一步研究它。
暗能量的存在对于我们理解宇宙的结构和演化具有重要意义，它对宇宙学、粒子物理学和天体物理学等领域的研究产生了深远影响。
二、暗物质：宇宙中的隐形巨人暗物质是宇宙中大量存在的一种物质，我们无法直接观测到它，但通过其对周围物质的引力影响可以推断其存在。
与暗能量相似，暗物质作为宇宙中再一种未被发现的能量形态，一直是科学家们研究的焦点。
通过对宇宙星系、星团和宇宙背景辐射等的观测，科学家们得知宇宙中存在大量的暗物质，它的质量约占宇宙总质量的27%左右。
暗物质具有强大的引力作用，这是暗物质存在的主要证据之一。
暗物质的具体组成和性质目前尚不清楚，科学家们猜测它可能是一种非常微小且和正常物质相互作用非常微弱的粒子，这使得我们无法直接观测到它。
暗物质在宇宙学研究中的重要性不言而喻，它对宇宙结构形成和星系演化等过程起着重要的调节作用。
三、暗能量与暗物质的联系与影响暗能量和暗物质在宇宙中扮演着不同的角色，但它们之间存在着密切的联系。
什么是暗物质和暗能量它们如何影响宇宙演化关键信息项：1、暗物质的定义和性质2、暗能量的定义和性质3、暗物质对宇宙演化的影响4、暗能量对宇宙演化的影响5、目前对暗物质和暗能量的研究方法和进展6、未来对暗物质和暗能量研究的展望11 暗物质的定义和性质暗物质是一种假设存在于宇宙中的物质形式，它不与电磁辐射相互作用，因此无法通过电磁波直接观测到。
然而，通过其对可见物质的引力效应，科学家们推断出了暗物质的存在。
111 暗物质的组成成分至今尚未完全确定，但理论上认为它可能由一些尚未被发现的基本粒子构成。
112 暗物质具有质量，并且其质量在宇宙中所占的比例远远高于可见物质。
12 暗能量的定义和性质暗能量是一种驱动宇宙加速膨胀的神秘力量。
与暗物质不同，暗能量并非物质，而是一种能量形式。
121 暗能量的本质仍然是现代物理学和宇宙学中最大的谜题之一。
122 其性质表现为具有负压，能够产生排斥性的引力效应。
21 暗物质对宇宙演化的影响暗物质在宇宙的结构形成和演化中起着关键作用。
211 它通过引力作用吸引普通物质，促进星系和星系团的形成和聚集。
212 在早期宇宙中，暗物质的分布不均匀性为星系的形成提供了种子。
213 暗物质的存在影响了星系的旋转曲线和星系团内的物质分布。
22 暗能量对宇宙演化的影响暗能量的存在导致宇宙加速膨胀。
221 在宇宙演化的后期，暗能量的影响逐渐占据主导地位，使得星系之间的距离不断增大。
222 暗能量的强度和演化方式对宇宙的未来命运有着决定性的影响。
31 目前对暗物质和暗能量的研究方法和进展311 科学家们通过多种观测手段来研究暗物质和暗能量，如引力透镜效应、星系团的观测、宇宙微波背景辐射的测量等。
312 大型地面和空间望远镜的建设为研究提供了更精确的数据。
313 粒子物理实验也在努力寻找可能构成暗物质的候选粒子。
32 未来对暗物质和暗能量研究的展望321 随着技术的不断进步和新的理论模型的提出，对暗物质和暗能量的研究有望取得重大突破。
宇宙学中的暗物质与暗能量宇宙学是一门研究宇宙的起源、演化和结构的学科，它涉及到诸如宇宙的扩张和加速、星系和星系团的形成和发展、宇宙的大尺度结构、宇宙微波背景辐射等方面。
在宇宙学的研究中，暗物质和暗能量是非常重要的概念。
它们无形无色，却在宇宙的演化中扮演着至关重要的角色。
一、暗物质暗物质是指一种不与光发生相互作用的物质，因此无法直接观测到。
然而，通过引力作用可以探测到暗物质的存在。
宇宙学家研究星系和星系团的旋转速度、星系和星系团之间的引力透镜效应、宇宙微波背景辐射等现象，发现它们都无法被光学和电磁波天文观测所解释，仅有暗物质的存在才能解释这些现象。
暗物质的质量大约占宇宙总质量的27%，与可观测的物质比例相当。
这意味着，我们目前只能看到宇宙的约5%，剩下的95%都是暗物质和暗能量。
暗物质的具体组成至今仍不清楚，但天文学家提出了一些假说。
其中一个假说是暗物质由一种尚未被发现的粒子组成，称为WIMP（Weakly Interacting Massive Particles），它不参与强相互作用和电磁相互作用，但参与弱相互作用，如Z玻色子和中微子。
WIMP假说是目前最有说服力的假说之一，科学家正在进行相关实验进行探测。
二、暗能量暗能量是指一种未知的、占据宇宙总能量的约68%的能量，它的存在也是通过宇宙学的研究证实的。
暗能量被认为是引起宇宙加速膨胀的物质，与暗物质的引力作用相反，暗能量会加速宇宙的膨胀，让宇宙的膨胀速度越来越快。
暗能量的性质同样不为人所知，但由于它的存在是为了解释宇宙大规模结构的演化，因此它可能是一种能够填满整个宇宙的场。
暗能量的最具代表性的模型被称为ΛCDM模型，其中Λ表示宇宙学常数，CDM表示冷暗物质。
这个模型可以非常好地解释宇宙的性质，但它的一些基本概念，比如宇宙学常数和暗能量的物理本质，目前仍未得到深刻的理解和解释。
三、研究进展宇宙学中的暗物质和暗能量是极为重要的研究领域，比如暗物质的探测、暗能量的本质等问题都是目前宇宙学中研究的热点。
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京1000122015-05-19收到†email :wxp@DOI :10.7693/wl201506101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。
暗物质与暗能量张天高耀文二宇社七班当我们来到没有光污染的郊区，或者到更远的农村，仰望夜空繁星闪烁时，才会感受到宇宙的广大和自己的渺小。
此时便会产生无数的疑问，星星到底是什么？是萤火虫还是天上的街市？宇宙深处是什么？宇宙有边缘吗？宇宙是怎样产生的？将来有一天宇宙会不会消失掉？为了寻找这些答案。
人类自古以来就付出了艰苦的努力,其中取得了不少成就,也诞生了很多天文学家，哥白尼告诉我们地球不是宇宙的中心，太阳才是宇宙的中心。
牛顿告诉我们所有天体之间都存在相互的吸引力，称为万有引力。
美国科学家汉斯贝特告诉我们，太阳之所以能够发光，是因为在它的中心进行着原子核的聚变反应，放出能量。
著明天文学家哈勃观测发现我们居住的宇宙在膨胀。
随着天文学的飞速发展，浩瀚的宇宙似乎不再那么神秘，人们感到欢欣鼓舞。
可是笑容还没有散去，新的天文学难题便接连出现。
在宇宙学方面，仅神秘的暗物质和暗能量便使得科学家们一筹莫展。
不过，说起暗物质和暗能量，还得从宇宙大爆炸说起。
天文学家哈勃通过观测恒星的光谱，发现绝大多数的恒星都发生红移，而且距离越远的恒星远离的速度越快。
由多普勒效应可知,周围的恒星都在离我们而去，这似乎暗示地球又成了宇宙的中心了，其实不然。
打个比方，就像气球上任意两个点，吹气球时，随着气球的膨胀，气球上任意两个点间的距离会迅速拉大，但气球上任意一点都不是中心。
所以哈勃的发现告诉我们的是，所有星系都在远离的事实表明，我们的宇宙正在膨胀，而非原先以为是稳恒的。
如果宇宙现在正在膨胀，那么沿时间回溯，以前宇宙肯定比现在小，则肯定有那么一个时刻，宇宙中所有东西都聚集在一起，宇宙必然有个起点！(具体的大爆炸理论见我的读书报告会：Big Bang- 宇宙大爆炸.)在之后的暴涨理论中，我们知道了宇宙在诞生之初经历了一个急速膨胀的过程，之后再以较慢的速度膨胀。
而且2001年MAP卫星最终测量结果发现我们的宇宙确实是刚好平直的。
既然如此，那么整个宇宙的质量密度应该正好在临界值，然而把我们所能见的所有恒星行星星云都包括在内，质量密度也远远不足以使宇宙呈平直形状。
揭秘宇宙之谜——暗物质与暗能量宇宙，这个浩瀚无垠的星空之海，隐藏着无数未知的秘密。
其中最引人入胜、也最让人困惑的便是暗物质和暗能量这两个概念。
它们虽然不可见，却在宇宙的演化中扮演着至关重要的角色。
暗物质是一种神秘的物质形式，它不像我们熟知的原子物质那样可以直接观测到，但却通过引力的作用显露其存在。
天文学家发现，星系中的恒星以远超预期的速度旋转，如果没有一种看不见的物质提供额外的引力，这些星系就会分崩离析。
这种无法直接探测到的物质就是暗物质。
根据当前的宇宙学模型估计，暗物质占据了宇宙总质量能量的约27%，是宇宙大尺度结构形成不可或缺的“粘合剂”。
与暗物质不同，暗能量则更为神秘，它被认为是宇宙加速膨胀的动力源泉。
1998年，通过对Ia型超新星的观测，科学家们意外发现宇宙不仅在膨胀，而且这种膨胀是在加速进行的。
这一现象无法用现有的物理理论解释，于是科学家们假设存在一种未知的能量形式——暗能量。
据推测，暗能量占宇宙总质能的约68%，并在宇宙空间中均匀分布，驱动着宇宙的加速膨胀。
关于暗物质和暗能量的本质，科学家们提出了许多假说。
暗物质可能是由弱相互作用的大质量粒子组成，或可能是其他一些尚未被发现的粒子。
而暗能量更是众说纷纭，从宇宙学常数到更复杂的场理论，如quintessence或是phantom energy等，都试图对这一神秘力量进行解释。
尽管暗物质和暗能量至今未被直接探测到，但它们对宇宙的影响却是实实在在的。
从星系团的稳定性到宇宙背景辐射的各向异性，无不暗示着这两种不可见实体的存在。
未来的科学研究，如大型强子对撞机(LHC)的实验，以及各种深空探测任务，将可能为我们揭开暗物质和暗能量的神秘面纱。
宇宙中的暗物质和暗能量，就像是织构星空这幅华美画卷背后的隐形线条，虽不显眼，却支撑着整个宇宙的结构与命运。
随着科技的进步和探索的深入，人类对于宇宙的认知将会达到新的高度，或许有一天，这些宇宙中的“暗流”将不再是谜，而是构成宇宙真理的一部分。
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。
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 pLi 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21-，则: .10,32.024210210cm 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0eB 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 meB U 3200≈.这一结果与粒子的自然性法则一致，即:. cm r A r GeV m A m N iN i U eB U eB 171031,32000-⨯≈=≈= (3) 上述结果与实验给出的质量基本相符，因此，可以对暗物质的特性作出解释．1.1 堆砌宇宙的“暗物质”巨砖由于观测分析得出最小的暗物质块相当于3 000万倍太阳的质量，即：)(1031030003644N N m A m m m m ≈⨯≈⨯≈ΘΘ太阳质量暗 (4)而宇宙内可见的总质量为N N m m A m 76410=≈宇，暗物质约为可见物质的70/100，易得宇宙中暗物质的块数为:. 116476103.2103/7.010⨯≈⨯⨯N m (5)因为N m A 4是由阻尼标度给出的宇宙质量最小值，故宇宙至少由如此众多的暗物质巨砖组成．1.2 暗物质是分布不均匀的高密度、高压物态暗物质弥漫于整个宇宙，它的分布是不均匀的．以最小的暗物质块为例，易得:N m m m 647103103⨯≈⨯≈Θ暗最小cm 10.052/10203⨯≈=光年暗最小r , . 2H 364/.7m 5)34/(103cm r m N ≈⨯=暗暗πρ (6) 与实验给出的数量级相符．说明暗物质质量是高密度、高压物态．不久前，人们观测到银河系内有氢气被暗物质压成扁层的事实．若暗物质与一般物质混合发生碰撞，虽然看不到暗物质，但反冲核物质可以用高精度的光学透镜观测到，由实验迹象显示估计c v 001.0=暗(c 为真空中光速)．若取宇宙暗物质质量为320GeV ，则可算得c v 003.0≈宇暗，两者相近．1.3暗物质不是“冰冷的字宙”淤泥关于热暗物质与冷暗物质之争，前面提到的迹象显然支持热暗物质的观点．实验给出的迹象暗物质的温高达万度．宇宙暗物质中性微子0eB U 形成于宇宙早期，质量为320GeV ，随着宇宙演化，宇宙背景温度不断下降，高温到低温的相变将使粒子的质量变小]2[．如当宇宙背景温度下降到K 1310时，则：F F eB eB P P U U +→+00的过程可以发生，00eB eB F F U U P P +→+的过程不能发生.(7)在此温标时，0eB U 将比F P 粒子数少得很多很多．当温度下降到4000K 时，把暗物质视为中性微子0eB U 与中微子0e v 的混合是合理的，且0e v 比0eB U 多很多．若以(2)式给出的质量式计算得出: K MeV K MeV T 31061084.3/102.1102.3⨯=⨯⨯⨯=-暗最小,K T 41061032.4102.1106.3⨯=⨯⨯⨯=-暗最大, . K T 4106105.3210.211022.30.63⨯≈⨯⨯⨯+=-暗平均 (8) 与实验检测结果相符．暗物质不是“冰冷的宇宙”淤泥，它由0eB U与0e v 组成，不是电子e 和质子+F P ；组成的．它不发光，不发射红外线． 据以上讨论可见，在冷、热暗物质之争中，热暗物质是合理的，它是高温、高密物态．与暗物质相应的暗能量则与宇宙命运密切相关，左右着宇宙演化的归宿]3[2 宇宙中的暗能量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观测表明，宇宙不仅在膨胀，而且与想象中的不一样，在加速膨胀． 在标准宇宙模型框架下，爱因斯坦引力场方程给出3/)3(4/''p G a a +-=ρπ（其中a 是宇宙标度因子，G 为引力常数，p 和ρ分别为宇宙中物质的压强和能量密度），加速膨胀0''>a 要求压强为负:3/ρ-<p 另一个证据来自于近年对微波背景辐射的研究，精确地测量微波背景涨落的角功率谱第一峰的位置揭示宇宙是平坦的，即宇宙中物质的总密度等于临界密度411)(1005.4eV c -⨯=ρ但是，我们知道所有的普通物质与暗物质加起来只占宇宙总物质的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]4[，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%，其能量密度大约为43)103.2(eV -⨯.这一能标比粒子物理中的基本能标都要低，仅与中微子质量相当.意指中微子可能与暗能量存在着某种内在的联系]5[.注意，对于通常的辐射、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.一种可能性是宇宙学常数，它是1917年爱因斯坦为建立一个静态的宇宙模型而引进的% 当他得知哈勃(Hubble )关于宇宙膨胀的结果后称宇宙学常数是他一生中最大的错误.值得指出，在当今宇宙学研究中宇宙学常数有深一层的意义，它包含真空能.在量子场论中“真空”是不“空”的.根据协变性要求，真空的能—动量张量正比于度规张量，等效于爱因斯坦引进的宇宙学常数.在实验测量中，二者是不可区分的.这种能量在日常的生活和科学实验中感觉不到，但却支配着宇宙的演化，驱动宇宙的加速膨胀.不过，很难从直观上想象真空的压强是负的.数学上，真空的能—动量张量正比于度规张量，它的状态方程应为1/-==ρωp 另外利用能量守恒方程，由于真空能密度是个常数，可以得到ρ-=p .但是目前量子场论的理论预言值远远大于观测值.如果认为爱因斯坦的广义相对论和粒子物理的标准模型在普朗克标度以下都是有效的话，理论计算的真空能将比观测值大12010倍.这一理论与实验的冲突即宇宙学常数问题是对当代物理学的一大挑战.暗能量也可以是一种随时间变化的动力学场的能量.最简单的是一个具有正则动能的标量场Q ，在文献中它被称为“quintessence ”( 精质)]6[，直译为“第五元素”.在古希腊哲学中，宇宙由水、火、土、空气及第五种元素组成Quintessence 的势能形式一般写为)(Q V ，具体形式由模型而定.随着宇宙的演化，Q 场沿着由高能往低能区滚动.对于分布均匀的quintessence 场，它的能量密度和压强分别为)(2/),(2/2.2.Q V Q p Q V Q Q Q -=+=。
