什么是暗物质(暗物质究竟是什么)

时间:2020-12-25 19:04:15来源:折扣网  阅读:(10)收藏
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什么是暗物质(暗物质究竟是什么)有关暗物质的故事可以分成两部分。首先,有证据可以证实它的存在。其次,是关于它究竟是什么的解释。

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为什么宇宙需要暗物质?


从对宇宙大尺度结构的观察中得出结论:宇宙在开放和封闭之间是严格平衡的。这个平衡需要一定数量的物质来完成。我们称之为M。

暗物质究竟是什么?


通过研究大爆炸的核合成可以估计出宇宙的总重子物质。这是通过将当下观测到的宇宙的He/H比率与早期高温阶段中存在的重子物质的数量联系起来实现的,当时大部分氦都是由重子物质产生的。一旦宇宙的温度降到中子-质子质量差以下,中子就开始衰变为质子。如果早期的重子密度很低,那么在大量中子衰变之前,质子很难找到一个中子来制造氦,而中子衰变的数量不足以解释如今看到的氦的数量。因此,通过测量如今的He/H比值,可以估算出大爆炸后不久所需的重子密度,从而估算出如今重子的总数。我们需要0.05 M的总重子物质来解释已知的轻同位素比例。所以宇宙总质量的1/20是重子物质。

暗物质究竟是什么?


不幸的是,我们用望远镜能看到的所有东西的总质量的最佳估计数大约只有0.01M。那宇宙中其余99%的物质在哪里?它们就是暗物质。


因此,可得出两个结论。我们只能看到宇宙中0.05M重子物质中的0.01M。那剩下的一定是星系周围的重子暗物质晕。必须有一些非重子暗物质来解释剩余的95%的物质,以临界质量为单位,给出Ω,使宇宙的总质量等于1。

暗物质究竟是什么?


对于那些不相信传统的大爆炸模型,不想依靠想象的宇宙学来得出暗物质存在的人来说,还有其他更直接的方法。在星系团中已经观察到,星系团内星系的运动表明,它们受到总引力的约束,这是由于所述星系中发光物质的5-10倍。在一个单独的星系中,可以测量出恒星围绕星系旋转中心的旋转速度。由此产生的“旋转曲线”只是与星系中物质的分布有关。相对于我们在星系中看到的物质而言,星系中的外层恒星旋转得太快了。同样,能合理做出解释的物质是通过电磁辐射所能被观测到的物质的5倍。这些结果可以通过假设每个星系周围都有一个“暗物质晕”来解释。

暗物质究竟是什么?


什么是暗物质?


这是一个开放性问题。存在很多可能性,但没有人能给出一个明确答案。以下是许多已发表的一些观点,来自全世界各地的研究者都在努力寻找合适的实验来证实。重点是至少需要一个重子候选项和一个非重子候选项来解决所有问题,所以在这里给出的可能性中有不止一个的正确选择。


迄今为止我们还没有注意到的正常物质,如:

暗星系、棕矮星、行星物质(岩石、尘埃等)

暗物质究竟是什么?


大量的标准中微子。如果其中任何一个中微子是质量巨大的,那么这可能就是丢失的质量。另一方面,如果它们太重,就像传说中的17kev中微子那样,那么大量的中微子产生的问题几乎和它们解决的问题一样多。奇异事件(详情请参阅粒子动物园常见问题)。


巨大的奇异物将提供失踪的质量。为了完成解释,这些物质可以分为两类:一类是由于其他原因而提出的,但碰巧解决了暗物质问题的物质;另一类是专门为了提供缺失的暗物质而提出的物质。

暗物质究竟是什么?


第一类物质的例子是轴子、附加的中微子、超对称粒子和许多其他的东西。它们的性质受到预测它们理论的限制,但是凭借它们的质量,如果它们存在于正确的丰度中,它们就解决了暗物质的问题。


第二类粒子通常归入开放性的一类。它们的性质没有明确规定,只要求它们是大质量的,并具有其他性质,因此迄今为止,在寻找新粒子的许多实验中都无法发现它们。这些粒子包括弱相互作用大质量粒子、场域和其他一些粒子。

暗物质究竟是什么?


参考文献:《宇宙中的暗物质》(耶路撒冷冬季理论物理学院,1986-7),J.N.巴赫,T.皮兰和S.温伯格编辑。


暗物质(第二十三次报告的进展),J.奥杜兹和J.特兰范编辑。


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