暗物质与暗能量

暗物质与暗能量什么是暗物质暗物质（DarkMatter）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26%的物质含量，其中人类可见的只占宇宙总物质量的5%不到（约4.9%）。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。暗物质的发现大约65年前，第一次发现了暗物质存在的证据。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，除非星系团的质量是根据其中恒星数量计算所得到的值的100倍以上，否则星系团根本无法束缚住这些星系。最直观的证据是旋涡星系的旋转曲线。尽管对暗物质的性质仍然一无所知，但是到了80年代，占宇宙能量密度大约20%的暗物质以被广为接受了。“观测”暗物质的手段观测暗物质的手段主要有，引力透镜法，旋涡星系的旋转曲线，星系中的恒星或星系团中的星系的速度弥散，星系团（及椭圆星系）的X射线气体的流体静力学平衡方法，星系团的苏尼亚耶夫-泽尔多维奇效应等等。直接探测间接探测WIMP。WIMP偶尔会撞上一个原子核。这一碰撞会散射原子核，进而使之和周围的原子核发生碰撞。由此科学家可以探测到这些相互作用所释放出的热量和闪光。对于暗物质的直接探测实验一般都这设置于地底深处，以排除宇宙射线的背景噪声。这类的实验室包括美国的Soudanmine和DUSE、加拿大的SNOLAB地下实验室、意大利的大萨索国家实验室(GranSassoNationalLaboratory)以及英国的Boulbymine。间接探测暗物质的间接探测主要是观测其两两湮灭时所产生的讯号。由于其湮灭所产生的粒子与其暗物质的模型有关，有许多种类的实验被提出。假使暗物质是马约拉那粒子，则两个暗物质对撞会湮灭产生伽马射线或正负粒子对。如此可能会在星系晕生成大量伽马射线、反质子和正电子。然而在完全了解其他来源的背景噪声以前，这类的探测不足以当作暗物质的决定性证据。EGRET伽马射线望远镜过去观测到了超出预期量的伽马射线，但科学家认为这多半是来自系统中的效应。自2008年6月11日开始启动的费米伽马射线太空望远镜则正在搜寻暗物质湮灭产生伽马射线的事件。在较高能量区间，地上的MAGIC伽马射线望远镜已经对矮椭球星系以及星系团中的暗物质给予了某些限制。暗能量的发现在引入宇宙暴涨理论之后，许多宇宙学家相信我们的宇宙是平直的，而且宇宙总能量密度必定是等于临界值的（这一临界值用于区分宇宙是封闭的还是开放的）。与此同时，宇宙学家们也倾向于一个简单的宇宙，其中能量密度都以物质的形式出现，包括4%的普通物质和96%的暗物质。。但事实上，观测从来就没有与此相符合过。虽然在总物质密度的估计上存在着比较大的误差，但是这一误差还没有大到使物质的总量达到临界值，而且这一观测和理论模型之间的不一致也随着时间变得越来越尖锐。当意识到没有足够的物质能来解释宇宙的结构及其特性时，暗能量出现了。暗物质与暗能量的关系暗能量和暗物质的唯一共同点是它们既不发光也不吸收光。从微观上讲，它们的组成是完全不同的。像普通的物质一样，暗物质是引力自吸引的，而且与普通物质成团并形成星系。暗能量是引力自相斥的，并且在宇宙中几乎均匀的分布。所以，在统计星系的能量时会遗漏暗能量。暗能量可以解释观测到的物质密度和由暴涨理论预言的临界密度之间70-80%的差异。暗物质的发现改变了对宇宙的认识没发现暗能量，仅知道暗物质时：按照爱因斯坦的广义相对论，在一个仅含有物质的宇宙中，物质密度决定了宇宙的几何，以及宇宙的过去和未来。当认识到暗能量时：总能量密度（物质能量密度与暗能量密度之和）决定着宇宙的几何特性。并且宇宙已经从物质占主导的时期过渡到了暗能量占主导的时期。、暗物质候选者低温无碰撞暗物质（CCDM）具有寿命长、温度低、无碰撞的特性。该物质的优点：1.CCDM的结构形成数值模拟结果与观测相一致2.作为一个特殊的亚类，弱相互作用大质量粒子（WIMP）可以很好的解释其在宇宙中的丰度。3.理论模型中预言了一些非常有吸引力的候选粒子如中性子和轴子。该物质的缺点：在从1Mpc到Kpc小一些的尺度上，出现了不一致。冷暗物质：在古典速度下运动的物质。可能的冷暗物质有：强相互作用暗物质（SIDM），温暗物质（WDM），斥暗物质（RDM），模糊暗物质（FDM），自湮灭暗物质（SADM），衰变暗物质（DDM），大质量黑洞（BH）等几种。修改牛顿引力（MOND）理论1983年，以色列物理学家米尔格若姆曾提出暗物质可能不存在。他认为，牛顿动力学的适用范围仅是我们地球附近和太阳系内。宇宙引力场强度很微弱，牛顿动力学应作如下修改：在引力场弱到10/-8时，引力将不再是牛顿的平方成反比，而变成一次方反比。暗物质存在的直接证据2006年夏天，天文学家声称他们已经找到了暗物质存在的直接证据。这一证据来自子弹星簇中两大星系的正面碰撞。人们发现这一星系团实际上是两个子星系团以高速相互碰撞后正在彼此远离。尤其重要的是，人们首次非常清晰地看到这两块碰撞星系团中，暗物质与普通物质是明显分离的。通过对子弹星簇的观测，虽然仍然无法解释何为暗物质，但是这种观测可以帮助科学家理解暗物质粒子的行为方式。总结自上个世纪60年代宇宙微波背景辐射被发现后，作为“大爆炸”的遗迹，其被众多天文学家作为构建标准宇宙模型的基础，而关于宇宙物质构成的确认也主要依据宇宙微波背景辐射图谱的分析。2001年6月，美国宇航局(NASA)发射了威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)，该探测器在宇宙学参量的测量上提供了许多比早先仪器更准确的数值，依据它提供的数据，宇宙是在不断加速膨胀的。科学家据此提出是暗能量、暗物质的存在导致了宇宙的加速膨胀。认定宇宙是由4%的“正常”物质，如行星、恒星、小行星和气体等、22%的即不辐射也不吸收光线的暗物质和74%的暗能量组成。