暗物质到底是什么东西？科学家提出解决暗物质等物理学难题新模型-百探网

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暗物质是谁最先发现的呢？爱因斯坦根据他的相对论得出推论：宇宙的形状取决于宇宙质量的多少。

他认为，宇宙是有限封闭的。

如果是这样，宇宙中物质的平均密度必须达到每立方厘米5times;10的负30次方克。

但是，迄今可观测到的宇宙的密度，却比这个值小100倍。

也就是说，宇宙中的大多数物质ldquo;失踪rdquo;了，科学家将这种ldquo;失踪rdquo;的物质叫ldquo;暗物质rdquo;。

一些星体演化到一定阶段，温度降得很低，已经不能再输出任何可以观测的电磁信号，不可能被直接观测到，这样的星体就会表现为暗物质。

这类暗物质可以称为重子物质的暗物质。

还有另一类暗物质，它的构成成分是一些带中性的有静止质量的稳定粒子。

这类粒子组成的星体或星际物质，不会放出或吸收电磁信号。

这类暗物质可以称为非重子物质的暗物质。

暗物质到底是什么东西？

虽然哈勃望远镜的影像中，可以看到数量众多的星系，但在X射线影像里，这些星系的踪影却无处可寻，只见到一团温度有数百万度，而且会辐射出X射线的炽热星系团云气。

除了表面上的差异外，这些观测其实还含有更重大的谜团呢。

因为右方影像中星系的总质量加上左方云气的质量，它们所产生的重力，并不足以让这团炽热云气乖乖地留在星系团之内。

事实上再怎么细算，这些质量只有ldquo;必要质量rdquo;的百分之十三而已！在右方哈伯望远镜的深场影像里，重力透镜效应影像也指出造成这些幻像所需要的质量，大于哈勃望远镜和钱卓拉观测站所直接看到的。

天文学家认为，星系团内大部分的物质，是连这些灵敏的太空望远镜也看不到的ldquo; 暗物质rdquo;。

1930年初，瑞士天文学家兹威基发表了一个惊人结果：在星系团中，看得见的星系只占总质量的1/300以下，而99%以上的质量是看不见的。

不过，兹威基的结果许多人并不相信。

直到1978年才出现第一个令人信服的证据，这就是测量物体围绕星系转动的速度。

我们知道，根据人造卫星运行的速度和高度，就可以测出地球的总质量。

根据地球绕太阳运行的速度和地球与太阳的距离，就可以测出太阳的总质量。

同理，根据物体（星体或气团）围绕星系运行的速度和该物体距星系中心的距离，就可以估算出星系范围内的总质量。

这样计算的结果发现，星系的总质量远大于星系中可见星体的质量总和。

结论似乎只能是：星系里必有看不见的暗物质。

那么，暗物质有多少呢？根据推算，暗物质占宇宙物质总量的20mdash;30%才合适。

天文学的观测表明，宇宙中有大量的暗物质，特别是存在大量的非重子物质的暗物质。

据天文学观测估计，宇宙的总质量中，重子物质约占2%，也就是说，宇宙中可观测到的各种星际物质、星体、恒星、星团、星云、类星体、星系等的总和只占宇宙总质量的2%，98%的物质还没有被直接观测到。

在宇宙中非重子物质的暗物质当中，冷暗物质约占70%，热暗物质约占30%。

标准模型给出的62种粒子中，能够稳定地独立存在的粒子只有12种，它们是电子、正电子、质子、反质子、光子、3种中微子、3种反中微子和引力子。

这12种稳定粒子中，电子、正电子、质子、反质子是带电的，不能是暗物质粒子，光子和引力子的静止质量是零，也不能是暗物质粒子。

因此，在标准模型给出的62种粒子中，有可能是暗物质粒子的只有3种中微子和3种反中微子。

20世纪80年代初期，美国天文学家艾伦森发现，距我们30万光年的天龙座矮星系中，许多碳星巨大的红星周围存在着稳定的暗物质，即这些暗物质受到严格的束缚。

高能热粒子和能量适中的暖粒子是难以束缚住的，它们会到处乱窜，只有运行很慢的ldquo;冷粒子rdquo;才能束缚住。

物理学家认为那是ldquo;轴子rdquo;，它是一种非常稳定的冷ldquo;微子，质量只有电子质量的数百万分之一。

这就是暗物质的轴子模型。

轴子模型是否成立，最终得由实验裁决。

最近，还有人提出，暗物质可能是一种称做ldquo;宇宙弦rdquo;的弦状物质，它产生于大爆炸后的一秒期间内，直径为1万亿亿亿分之一厘米，质量密度大得惊人，每寸长约1亿亿吨。

这种理论是否成立，同样有待科学家进一步研究。

暗物质是一种理论上可能存在于宇宙中的物质，它不会与电磁力产生作用，即不会吸收、反射或发出光。

人们主要通过重力产生的效应得知暗物质的存在，并且已经发现宇宙中有大量暗物质。

根据目前的天文观测，暗物质在宇宙中的分布是不均匀的。

在某些区域，暗物质的密度可能非常高，而在其他区域则可能几乎没有暗物质。

这些密度较高的区域通常位于星系团和星系之间，以及某些大型星系中心的部分区域。

暗物质的组成成分目前还是未知的，它既不是原子核物质，也不是中微子，而是一种全新的物质形式。

尽管暗物质的组成成分仍未确定，但目前主流的理论认为它可能是由某种粒子或粒子组成的聚集体。

由于暗物质不与电磁力产生作用，因此我们无法直接观测到它。

但是，通过引力作用，暗物质可以产生明显的效应。

例如，星系团中的星系运动速度非常快，导致它们能够保持在一起而不散开。

这种现象被称为暗物质晕，它是暗物质存在的关键证据之一。

此外，宇宙微波背景辐射也提供了暗物质存在的重要证据。

在大爆炸后的数百万年里，宇宙逐渐冷却并形成了原子。

这些原子聚集在一起形成了星系和星系团，而暗物质则聚集在星系团和星系之间的区域。

由于暗物质和普通物质之间的相互作用非常微弱，因此它们几乎不会相互碰撞或产生辐射。

但是，当暗物质聚集在一起时，它们会产生一种背景辐射，这种辐射可以被射电望远镜观测到。

观测宇宙微波背景辐射的数据与理论预测相符，这也证明了暗物质的存在。

对于暗物质的观察和捕获，科学家们已经尝试了许多方法。

然而，由于暗物质与电磁力几乎没有相互作用，因此我们无法直接观测到它。

一种可能的方法是使用粒子加速器来寻找暗物质的粒子。

高能粒子加速器可以将普通物质加速到极高能量，然后与暗物质粒子发生碰撞。

如果能够捕获到暗物质粒子，就可以通过测量它的质量和相互作用性质来研究它的性质。

另一种方法是使用大型探测器来寻找暗物质粒子。

大型探测器通常由大量的超纯金属或液态惰性气体组成，可以检测到暗物质粒子穿过探测器时产生的微弱信号。

如果能够捕获到暗物质粒子，就可以通过测量它的能量和方向来确定它的性质。

此外，科学家们还尝试使用天文观测来研究暗物质。

例如，通过观察星系团和星系之间的运动和分布，可以推断出暗物质的存在和分布。

此外，宇宙微波背景辐射也可以提供有关暗物质的信息。

暗物质对人类的影响和意义是多方面的。

首先，暗物质是宇宙中占据大部分物质的组成部分，对于宇宙的结构和演化起着至关重要的作用。

因此，研究暗物质可以帮助我们更好地理解宇宙的起源、结构和命运，以及探索新的物理现象和规律，拓展我们对自然界的认知。

其次，暗物质还可能影响星系的形成和演化过程。

由于暗物质在宇宙中的分布不均匀，它们的聚集和运动可能影响星系的形成和演化。

因此，研究暗物质可以帮助我们更好地了解星系的形成和演化过程，从而更好地理解宇宙的演化历史。

此外，暗物质还可能影响人类的科技发展。

例如，暗物质可能会影响天体的运动规律，从而影响人类的航天技术。

同时，暗物质还可能是一种新的能源形式，可以为人类提供新的能源来源。

科学家模拟出最大虚拟宇宙研究暗物质和暗能量

瑞士苏黎世大学的天体物理学家在一台大型超级电脑上，模拟了整个宇宙的形成。

这是迄今为止人类模拟出的最大的虚拟宇宙，获取的研究数据将用于调整 2020 年发射的欧几里得（Eucpd）卫星，研究暗物质和暗能量。

于过去三年，研究人员研发并优化了模拟宇宙的程式，充分利用超级电脑的可用记忆体和处理能力，高度准确地描述了宇宙中暗物质动态和大尺度结构的形成。

在瑞士国家计算中心（Swiss National Computing Center，CSCS）的超级电脑上运行了 80 小时后，程式产生了 2 万亿（10e12）个代表暗物质流的宏观粒子，从中产生了一份巨大的星系目录，包含 250 亿个虚拟星系。

研究暗宇宙的组成

经过精确计算，研究人员模拟了暗物质流在其自身引力下的演变，继而模拟了低密度物质，即暗物质晕（dark matter halos）的形成。

科学家认为，银河系正是从暗物质晕中形成的。

按照欧洲欧几里得任务的要求，这项研究要在整个可观测宇宙的范围內，模拟体积仅为银河系十分之一的星系。

测量光路扭曲

科学家相信，宇宙之中约 95％的组成都是黑暗的（dark），这包括 23% 的暗物质和 72% 的暗能量。

暗能量的本质是现代科学的一大未解之谜。

暗物质和暗能量不可直接观测，只能通过间接手段研究。

正如光线通过一块不均匀的玻璃板会发生扭曲一样，遥远星系的光途经暗物质时，也会发生偏向（deflection）。

欧几里得卫星可以捕捉到这些微小的扭曲，帮助科学家们研究暗物质和暗能量。

优化卫星的观测方法

欧几里得卫星将于 2020 年发射，执行为期 6 年的数据收集任务。

它将对宇宙进行层析成像，追溯 100 亿年以前的宇宙进化。

虚拟宇宙所产生的星系目录，将帮助改善卫星的观察策略，减少各种误差。

通过分析欧几里得卫星收集的数据，科学家们将对暗能量的本质有进一步了解，更有希望发现物理学新突破，如广义相对论的改进，或新粒子的发现。

暗物质会发出神秘信号是真的吗？

科学家认为暗物质是组成宇宙中大部分的空白物质，但是在人类现有的技术下，暗物质既不能被发现，也不能被检测到。

这样的话，科学家就有条件怀疑暗物质是否存在，并且暗示它们被认为是可以解释重力作用的关键因素。

暗物质和暗能量问题一直是宇宙研究中最具挑战性，最具争议性的课题。

它们代表了宇宙中90%以上的物质含量，而我们平时能看到的物质只占据总物质的百分之十以下。

虽然暗物质不能直接的观测到，但是它却能干扰到星体发出的光波和引力，这样的存在能被明显的感觉到。

科学家对于暗物质的特性提出了很多假设，但直到现在也没有得到充分的证明。

几十年前，暗物质刚被提出来的时候只是一种理论的产物，它还没有被人类所认识和了解。

随着人们对暗物质的不断研究，知道现在的暗物质已经成为宇宙中最重要的组成部分。

暗物质的总质量是普通物质的六点三倍，在宇宙能量密度中占了四分之一，而最重要的是，暗物质主导了宇宙结构的形成。

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觉察的能量形式。

在宇宙标准模型中，暗能量占据宇宙中超过一半的质能。

暗能量是宇宙中不可见的，能够推动宇宙运动的能量。

研究者称，存在着压倒性的证据，包括宇宙微波背景（图中黄色部分）中观测到的一些现象，表明暗物质组成了将近26%的宇宙。

科学家提出解决暗物质等物理学难题新模型

SMASH模型将暗物质及其他一些现象都考虑了进来。

　　在关于粒子物理学和宇宙学交界处的问题上，标准模型也无法解释内在天然性的问题，包括中微子的本质和强CP问题。

　　新浪科技讯北京时间12月1日消息，据国外媒体报道，近日，物理学家吉列尔莫·巴列斯特罗斯（Guillermo Ballesteros）及其合作者提出了一个新的理论模型，据称能解决5个关于宇宙的物理难题。

该模型被称为SMASH，是在标准模型（Standard Model）的基础上做了最小限度的扩展，只加入了6个粒子，就为5个最困难的基本问题提供了解答。

　　这5个问题分别是宇宙暴胀、暗物质、重子生成、中微子振荡和强CP问题。

此前，物理学家尝试用复杂得多的方法来解释这些现象，甚至加入了数百种粒子，而此次研究的参与者表示，他们的方法表明这些问题可以以相当简单的方式整合在一起。

　　SMASH的全称是Standard Model Axion Seesaw Higgs portal inflation，是几个理论结合而成的新模型。

SMASH在标准模型中加入了3个中微子、1个费米子和1个新的场，这个场只包括两个粒子，一个是轴子（axion），暗物质粒子的候选之一；另一个是暴胀子。

　　在发布于论文预印本网站arXiv的文章中，研究者指出，标准模型已经无法为物理学中众多长期悬而未决的问题提供解答，而SMASH模型填补了标准模型的缺口。

暗物质存在的证据便是问题之一。

据估计，暗物质组成了将近26%的宇宙，而暗物质的本质是什么？我们并不知道。

此外，物质与反物质之间的不平衡，以及宇宙最初暴胀的机制等问题，也一直是未解之谜。

　　研究者还表示，在关于粒子物理学和宇宙学交界处的问题上，标准模型也无法解释内在天然性的问题，包括中微子的本质和强CP问题，后者指出了宇宙的不对称性。

考虑到目前正在加速膨胀的宇宙，SMASH模型加入了一个宇宙学常数，从而为从电弱尺度到普朗克尺度的粒子物理学，以及从暴胀至今的宇宙学提供了一个自洽的描述，研究者写道。

　　SMASH模型预测，轴子应该比电子轻大约100亿倍。

研究者表示，他们的理论能够在可预见的未来得到检验，而不像其他许多模型一样要等待数十年时间。

据《新科学家》（New Scientist）报道，韩国正在运行的CULTASK实验、美国提出的ORPHEUS实验，以及德国计划中的MADMAX实验，都正在或者将要对轴子的踪迹展开搜寻。

　　关于这一理论最好的一点是，它能在未来大约10年内得到验证，共同作者、在德国粒子物理学研究机构德国电子加速器（DESY）任职的安德烈亚斯（Andreas Ringwald）说，你可以一直提出新的理论，但如果它们只能在100年后才能被验证，或者永远得不到检验，那这就不是真正的科学，而是元科学（meta-science，又称后设科学）了。