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[资料] 【素材】暗物质与暗能量

【素材】暗物质与暗能量

暗能量


      暗能量它是一种不可见的、能推动宇宙运动的能量,宇宙中所有的恒星和行星的运动皆是由暗能量与万有引力来推动的。根据“普朗克”探测器收集的数据,科学家对宇宙的组成部分有了新的认识,宇宙中普通物质和暗物质的比例高于此前假设(73%),而暗能量这股被认为是导致宇宙加速膨胀的神秘力量则比想象中少,占不到70%。暗能量是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。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”。


简介

      宇宙学中,暗能量是某些人的猜想,指一种充溢空间的、具有负压强的能量。按照相对论,这种负压强在长距离类似于一种反引力。这个猜想是解释宇宙加速膨胀和宇宙中失落物质等问题的一个最流行的方案。天文学家埃德温·哈勃发现宇宙中的其它星系似乎都在向着距离人们生活的银河系越来越远的方向移动。而且它们移动的越远,运行的速度就越快。
      通过仔细测量来自这些活动的光是怎样向着可见光谱中红色的一端变化的——类似于当火车汽笛声离你越来越远时,声调也会越来越低的多普勒效应真空(有科学家认为真空不空)空间本身似乎也在作为一种能够将物质分离开来的力量起作用。


      在物理宇宙学中,暗能量是一种充溢空间的、增加宇宙膨胀速度的难以察觉的能量形式。暗能量假说是当今对宇宙加速膨胀的观测结果的解释中最为流行的一种。在宇宙标准模型中,暗能量占据宇宙不到70%的质能。


      暗能量这个名词是由迈克·透纳引进的。




模型


      暗能量现有两种模型:宇宙学常数(即一种均匀充满空间的常能量密度)和标量场(即一个能量密度随时空变化的动力学场,如第五元素和模空间)。对宇宙有恒定影响的标量场常被包含在宇宙常数中。宇宙常数在物理上等价于真空能量。在空间上变化的标量场很难从宇宙常数中分离出来,因为变化太缓慢了。




特点


      暗能量与光会发生中和作用,作用域为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。
      对宇宙膨胀的高精度测量可以使我们对膨胀速度随时间变化有更深入的理解。在广义相对论中,膨胀速度的变化受宇宙状态方程式的影响。确定暗物质的状态方程式是当今观测宇宙学的最主要问题之一。
      加入宇宙学常数后,宇宙学标准罗伯逊-沃尔克度规可以导出Λ-冷暗物质模型,后者因与观测结果的精确吻合而被称为宇宙标准模型暗物质被认为是当今形式化宇宙循环模型的至关重要的一个因素。




形成

      宇宙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。在WMAP数据显示,暗能量在宇宙中占总物质的不到70%。值得注意的是,对于通常的能量(辐射)、重子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
      宇宙的运动都是旋涡型的,所以暗能量总是以一种旋涡运动的形式出现。所以,在暗能量的旋转范围内能形成一种旋涡场,我们称之为暗能量旋涡场,简称为旋涡场。用En来表示太阳系的暗能量,用Ep来表示物质绕太阳系中心运动的总动能。当En=Ep时,太阳系旋涡场处于平衡状态
,它既不会膨胀也不会收缩。但当En衰退时,太阳系旋涡场就会收缩,太阳系中所有的行星就会向太阳靠近。
      要提及暗能量,不得不先提及另外一个和它密切相关的概念—暗物质,之所以将其称之为暗物质而不是物质就是因为它与一般的普通物质有着根本性的区别。普通物质就是那些在一般情况下能用眼睛或借助工具看的见、摸得着的东西,小到原子、大到宇宙星体,近到身边的各种物体远到宇宙深处的各种星系。普通物质总是能与或者部分波发生相互作用或者在一定的条件下自身就能发光、或者折射光线,从而被人们可以感知、看见、摸到或者借助仪器可以测量得到,但是暗物质恰恰相反,它根本不与光发生作用更不会发光,因为不发光又与光不发生任何作用,所以不会反射、折散或散射光即对各种波和光它们都是百分之百的透明体!所以在天文上用光的手段绝对看不到暗物质,不管是电磁波、无线电还是红外射线、伽马射线、X射线这些统统都毫无用处,故尔不被人们的感知所感觉也不被目前的仪器所观测,故此为了区分普通物质和这种特殊的物质而将这种特殊的物质称之为“暗物质”。

        “暗能量”相比较暗物质更是奇特的有过之而无不及,因为它只有物质的作用效应而不具备物质的基本特征,所以都称不上物质故尔将其称之为“暗能量”,“暗能量”虽然也不被人们所感觉也不被目前各种仪器所观测,但是人们凭借理性思维可以预测并感知到它的确存在。由于微波背景辐射的细致观测(WMAP的精密数据,SupernovaeIa的数据),呈现以下一些惊人的观测结果和数据:

a)宇宙年龄是137±2亿年
b)哈勃常数是71±4公里/秒/Mpc
c)宇宙呈现以下结构,宇宙总质量(100%)≌重子+轻子(4.4%)+热暗物质(≤2%)+冷暗物质(≈20%)+暗能量(不到70%%),而总密度Ω0=1.02±0.02,亦即恰好差不多等同于平直空间所要求的临界密度。(这个公式的意思是,在整个宇宙中我们目前所看到的星系只占整个宇宙的约4%左右,其余约96%的物质都是我们看不见、不了解的东西。)
d)“暗能量”将呈现一些前所未有的一些全新的性质:物质的状态方程由P=Wρn所表示,(其中P是压力,ρ是密度,W是某一常数,n是某一数值),普通物质W≥0,P≥0,ρ≥0,这就意味着物质所产生的压力表现为正数、正值。












暗物质




        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。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。


      在引入宇宙膨胀理论之后,许多宇宙学家相信我们的宇宙是一个平行空间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%的暗物质暗能量。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。
      不过,我们忽略了极为重要的一点,那就是暗物质促成了宇宙结构的形成,如果没有暗物质就不会形成星系恒星行星,更谈不上今天的人类了。宇宙尽管在极大的尺度上表现出均匀和各向同性,但是在小一些的尺度上则存在着恒星、星系、星系团以及星系长城。而在大尺度上能够促使物质运动的力就只有引力了。但是均匀分布的物质不会产生引力,因此今天所有的宇宙结构必然源自于宇宙极早期物质分布的微小涨落,而这些涨落会在宇宙微波背景(CMB)中留下痕迹。然而普通物质不可能通过其自身的涨落形成实质上的结构而又不在宇宙微波背景辐射中留下痕迹,因为那时普通物质还没有从辐射中脱耦出来。


世纪谜题
21世纪初科学最大的谜是暗物质暗能量。它们的存在,向全世界年轻的科学家提出了挑战。暗物质存在于人类已知的物质之外,人们目前知道它的存在,但不知道它是什么,它的构成也和人类已知的物质不同。在宇宙中,暗物质的能量是人类已知物质的能量的5倍以上。
暗能量更是奇怪,以人类已知的核反应为例,反应前后的物质有少量的质量差,这个差异转化成了巨大的能量。暗能量却可以使物质的质量全部消失,完全转化为能量。宇宙中的暗能量是已知物质能量的14倍以上。


理论模型历史上,人们将可能的暗物质分为三个大类:冷暗物质、温暗物质、热暗物质。 这个分类并非依照粒子的真实温度,而是依照其运动的速率。
冷暗物质:在古典速度下运动的物质。
温暗物质:粒子运动速度足以产生相对论效应。
热暗物质:粒子速度接近光速。
虽然可以有第四个称为复合暗物质(mixed dark matter)的分类,但是这个理论在20世纪90年代由于暗能量的发现而被舍弃。
暗物质 - 探测实验
暗物质的探测在当代粒子物理及天体物理领域是一个很热门的研究领域。对于大质量弱相互作用粒子来说,物理学家可能通过放置在地下实验室,背景噪声减少到极低的探测器直接探测WIMP,也可以通过地面或太空望远镜对这种粒子在星系中心,太阳中心或者地球中心湮灭产生的其他粒子来间接探测。

本帖被评分 2 次
↓我堂堂公会会长怎么可能是萝莉?!

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lz其实也不是很懂这些,因为这里涉及许多物理天文学的知识。我从大段大段的资料中筛选部分列出来,让大家大概了解一下,对写科幻文的同学可能有帮助
↓我堂堂公会会长怎么可能是萝莉?!

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受教了。
“宁在地狱称王,不在天堂为奴”

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写出来也未必有人看得懂……看得懂的人基本不看小说……
下面这张图是新坑的门。

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我就是路过的……
こんにちは、さようなら。

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虽然已经大致知道了……不过楼主还是辛苦了……
然后虽然我很感动……不过SF上写真·SF文的还是太少了……

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上次听关于希格斯粒子的演讲的时候也稍微了解了点、总之不明觉厉w


常人以下、狂人未满

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个人觉得这些只是要采用很困难啊......
哟哈哈

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的确是个好素材,楼主再接再厉吧~~
PS:写科幻文的同学不一定要完全引用一模一样的物理学模型,除非你是理论物理学博士生,否则只需要找个这个大世界观下可能会存在的一些有创造性的细节来写就好了。
PS2:暗物质的理论其实跟弦理论之间有不可分割的关系……

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居然高亮了!完全没想到!
谢谢小花!
↓我堂堂公会会长怎么可能是萝莉?!

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LZ你是来骗分的吧?

某版主你设置高亮前不会先百度一下检验素材的来源和原创性?

照搬百度百科的东西有什么辛苦的?有什么值得设置高亮的价值?

一个公式没有,一句个人理解没有,在理论的阐述上各种避重就轻,浅尝辄止——

什么玩意儿。

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回复 11# 夜歌归梦 的帖子

中科大的学霸滚粗啊你

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这真不是度娘上摘的吗?
多少时光,梦想着飞向天空,去夺下最闪烁的星星——
知道是无力,知道是奢望。
即使这样我们也能突破自己的极限。
——我们的名字会会刻在你们的心中
——我们的梦想会有人追随
我们是闪烁派,闪出梦想的光芒。

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收到了!~应该会用到?!

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这个是度娘上的吧》?看上去好熟悉~~~

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