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[科普物理] 宇宙中或許有性質與一般可見物質類似的暗物質

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發表於 2013-6-13 10:32:09 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
哈佛大學(Harvard University)物理學家提出假設,認為可能有一種傳統物理模型不曾提及的新型暗物質,其行為模式與一般物質類似,所以或許並非所有暗物質都如現行理論所認為的又冷又幾乎不會互撞。
  在可見宇宙中,星系會逐漸形成扁盤狀,例如我們銀河系就是其中一個最佳例子,星系中的所有成員大致排列在單一盤面上,這是因星系重力和自轉所造成的。另一方面,暗物質似乎喜好棲息在星系周圍如銀暈這樣的地方—至少,現行理論是這麼說的。所以,一般認為暗物質又暗、又冷,而且幾乎不含有什麼能量,所以暗物質粒子鮮少能與另一個暗物質粒子發生碰撞。
  在新研究中,哈佛的物理學家們推測:應該還有另一種暗物質,可是和傳統認為的暗物質不同,而是其行為模式比較像一般可見物質;而且正因如此,它們會因暗物質特有的重力特性而聚在一起,然後也如星系一般最後會形成扁盤狀結構。這些物理學家稱之為雙盤暗物質(double-disk dark matter,DDDM)的暗物質,大約佔了總暗物質的5%左右。
  為了讓這些暗物質聚集在一起,這些暗物質勢必得有和可見物質類似的某些性質。為此,這些物理學家推測:宇宙中可能存在所謂的暗原子(dark atom)、暗光子(dark photon),也可能具有某種型式的暗電磁力(dark electromagnetic force)。
  科學家在暗物質議題上已經投入數十年的努力,建構一個暗物質能以球形存在的模型,其中星系位在這個球形的中間,所以處在星系中的觀測者無論朝向什麼方向都能「看到」暗物質存在。但是哈佛團隊認為暗物質也可能以別種形狀存於宇宙,就像可見物質組成的宇宙各種構造一樣。
  可見宇宙中的物質幾乎都是重子(baryon),也就是由強作用費米子組成的物質;然而現行理論認為這些重子物質僅佔了宇宙所有物質的5%而已。因此,哈佛團隊建議:新型暗物質所佔的比例,可能與可見物質差不多。
  如果哈佛團隊所提為真,那麼就應該存有全部都由暗物質組成的星系,只是因現今技術的關係而偵測不到。目前有更多的研究投入這個議題中,未來這種新型暗物質可能會被納入各類模型中;只是在此之前,新型暗物質都還只是個概念性的理論而已。

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發表於 2013-6-14 19:45:46 | 顯示全部樓層
真係深奧,代入唔倒.
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發表於 2013-6-15 03:48:45 | 顯示全部樓層
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暗物質,之所以將其稱之為暗物質而不是物質就是因為它與一般的普通物質有著根本性的區別。普通物質就是那些在一般情況下能用眼睛或藉助工具看的見、摸得著的東西,小到原子、大到宇宙星體,近到身邊的各種物體遠到宇宙深處的各種星系。普通物質總是能與光或者部分波發生相互作用或者在一定的條件下自身就能發光、或者折射光線,從而被人們可以感知、看見、摸到或者藉助儀器可以測量得到,但是暗物質恰恰相反,它根本不與光發生作用更不會發光,因為不發光又與光不發生任何作用,所以不會反射、折散或散射光即對各種波和光它們都是百分之百的透明體!所以在天文上用光的手段絕對看不到暗物質,不管是電磁波、無線電還是紅外線、伽馬射線、X射線這些統統都毫無用處,故爾不被人們的感知所感覺也不被目前的儀器所觀測,故此為了區分普通物質和這種特殊的物質而將這種特殊的物質稱之為「暗物質」。

在宇宙學中,暗物質(dark matter)又稱為暗質,是指無法通過電磁波的觀測進行研究,也就是不與電磁力產生作用的物質。人們目前只能通過重力產生的效應得知,而且已經發現宇宙中有大量暗物質的存在。

現代天文學通過重力透鏡、宇宙中大尺度結構的形成、微波背景輻射等方法和理論來探測暗物質。而根據ΛCDM模型,由普朗克衛星探測的數據得到:整個宇宙的構成中,我們常說的物質佔4.9%,而暗物質則佔26.8%,還有68.3%是暗能量(質能等價)。暗物質的存在可以解決大爆炸理論中的不自洽性,對結構形成也非常關鍵。暗物質很有可能是一種(或幾種)粒子物理標準模型以外的新粒子所構成。

暗物質無法直接觀測得到,但它卻能干擾星體發出的光波或引力,其存在能被明顯地感受到。科學家曾對暗物質的特性提出了多種假設,但直到目前還沒有得到充分的證明。

註1: 現代天文學通過引力透鏡、宇宙中大尺度結構形成、微波背景輻射等研究表明:我們目前所認知的部分大概只佔宇宙的4%,暗物質佔了宇宙的23%,還有73%是暗能量。

註2:現在已經知道了兩種暗物質-- 中微子和黑洞。但是它們對暗物質總量的貢獻是非常微小的,暗物質中的絕大部分現在還不清楚。

暗物質是誰最先發現的呢
  

1915年,愛因斯坦根據他的相對論得出推論:宇宙的形狀取決於宇宙質量的多少。他認為:宇宙是有限封閉的。如果是這樣,宇宙中物質的平均密度必須達到每立方厘米5×10的負30次方克。但是,迄今可觀測到的宇宙的密度,卻比這個值小100倍。也就是說,宇宙中的大多數物質“失踪”了,科學家將這種“失踪”的物質叫“ 暗物質 ”。

一些星體演化到一定階段,溫度降得很低,已經不能再輸出任何可以觀測的電磁信號,不可能被直接觀測到,這樣的星體就會表現為暗物質。這類暗物質可以稱為重子物質的暗物質。

還有另一類暗物質,它的構成的成分是一些帶中性的有靜止質量的穩定粒子。這類粒子組成的星體或星際物質,不會放出或吸收電磁信號。這類暗物質可以稱為非重子物質的暗物質。

天文學的觀測表明,宇宙中有大量的暗物質,特別是存在大量的非重子物質的暗物質。據天文學觀測估計,宇宙的總質量中,重子物質約佔2%,也就是說,宇宙中可觀測到的各種星際物質、星體、恆星、星團、星雲、類星體、星係等的總和只佔宇宙總質量的2%,98%的物質還沒有被直接觀測到。在宇宙中非重子物質的暗物質當中,冷暗物質約佔70%,熱暗物質約佔30%。

歷史上,人們將可能的暗物質分為三個大類:冷暗物質、溫暗物質、熱暗物質。這個分類並非依照粒子的真實溫度,而是依照其運動的速率。
冷暗物質:在古典速度下運動的物質。
溫暗物質:粒子運動速度足以產生相對論效應。
熱暗物質:粒子速度接近光速


科學家繪製出的宇宙暗物質三維數字分佈圖

何處有大量暗物質呢


茫茫宇宙中,恆星間相互作用,做著各種各樣的規則的軌道運動,而有些運動我們卻找不著其作用對應的物質。因此,人們設想,在宇宙中也許存著我們看不見的物質。

現已知道,宇宙的大結構呈泡沫狀,星系聚集成“星係長城”,即泡沫的連接纖維,而纖維之間是巨大的“ 宇宙空洞 ”,即大泡泡,直徑達1~3億光年。如果沒有一種看不見的暗物質的附加 ​​引力“幫忙”,這麼大的空洞是不能維持的,就像屋頂和橋樑的跨度過大不能支持一樣。

我們的宇宙儘管在膨脹,但高速運動中的個星係並不散開,如果僅有可見物質,它們的引力是不足以把各星系維持在一起的。
我們知道,太陽系的質量,99.86%集中在太陽系的中心即太陽上,因此,離太陽近的行星受到太陽的引力,比離太陽遠的行星大,因此,離太陽近的行星繞太陽運行的速度,比離太陽遠的行星快,以便產生更大的離心加速度(離心力)來平衡較大的太陽引力。但在星系中心,雖然也集中了更多的恆星,還有黑洞,可是,離星系中心近的恆星的運動速度,並不比離得遠的恆星的運動速度快。這說明星系的質量並不集中在星系中心,在星系的外圍區域一定有大量暗物質存在。

天體的亮度反應天體的質量。所以天文學家常常用星系的亮度來推算星系的質量,也可通過引力來推算星系的質量。可是,從引力推算出的銀河系的質量,是從亮度推算的銀河系質量的十倍以上,在外圍區域甚至達五千倍。因而,在那裡必然有大量暗物質存在。

http://mp3.jnnc.com/music/mp3/rh/jiushirang/qinhuamianmianzuiaijingxuan/13.mp3

多謝分享
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