宇宙中的黑暗物质到底是什么？,黑暗物质是什么

暗物质 Dark material

【Jeremiah P. Ostriker和Paul Steinhardt 著 Shea 译】几十年前，暗物质(dark matter)刚被提出来时仅仅是理论的产物，但是现们知道暗物质已经成为了宇宙的重要组成部分。暗物质的总质量是普通物质的6倍，在宇宙能量密度中占了1/4，同时更重要的是，暗物质主导了宇宙结构的形成。暗物质的本质现在还是个谜，但是如果假设它是一种弱相互作用亚原子粒子的话，那么由此形成的宇宙大尺度结构与观测相一致。不过，最近对星系以及亚星系结构的分析显示，这一假设和观测结果之间存在着差异，这同时为多种可能的暗物质理论提供了用武之地。通过对小尺度结构密度、分布、演化以及其环境的研究可以区分这些潜在的暗物质模型，为暗物质本性的研究带来新的曙光。

大约65年前，第一次发现了暗物质存在的证据。当时，弗里兹·扎维奇（Fritz Zwicky）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。之后几十年的观测分析证实了这一点。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。

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。更重要的是，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。而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。因此，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。之后，两个独立的天文学家小组通过对超新星的观测发现，宇宙正在加速膨胀。由此，暗能量占主导的宇宙模型成为了一个和谐的宇宙模型。最近威尔金森宇宙微波背景辐射各向异性探测器（Wilkinson Microwave Anisotrope Probe，WMAP）的观测也独立的证实了暗能量的存在，并且使它成为了标准模型的一部分。

暗能量同时也改变了我们对暗物质在宇宙中所起作用的认识。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。加上暗能量的话，情况就完全不同了。首先，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。其次，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。大约在“大爆炸”之后的几十亿年中暗物质占了总能量密度的主导地位，但是这已成为了过去。现在我们宇宙的未来将由暗能量的特性所决定，它目前正时宇宙加速膨胀，而且除非暗能量会随时间衰减或者改变状态，否则这种加速膨胀态势将持续下去。

不过，我们忽略了极为重要的一点，那就是正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、恒星和行星，也就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、巨洞以及星系长城。而在大尺度上能过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辐射（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。

另一方面，不与辐射耦合的暗物质，其微小的涨落在普通物质脱耦之前就放大了许多倍。在普通物质脱耦之后，已经成团的暗物质就开始吸引普通物质，进而形成了我们现在观测到的结构。因此这需要一个初始的涨落，但是它的振幅非常非常的小。这里需要的物质就是冷暗物质，由于它是无热运动的非相对论性粒子因此得名。

在开始阐述这一模型的有效性之前，必须先交待一下其中最后一件重要的事情。对于先前提到的小扰动（涨落），为了预言其在不同波长上的引力效应，小扰动谱必须具有特殊的形态。为此，最初的密度涨落应该是标度无关的。也就是说，如果我们把能量分布分解成一系列不同波长的正弦波之和，那么所有正弦波的振幅都应该是相同的。暴涨理论的成功之处就在于它提供了很好的动力学出发机制来形成这样一个标度无关的小扰动谱（其谱指数n=1）。WMAP的观测结果证实了这一预言，其观测到的结果为n=0.99±0.04。

但是如果我们不了解暗物质的性质，就不能说我们已经了解了宇宙。现在已经知道了两种暗物质--中微子和黑洞。但是它们对暗物质总量的贡献是非常微小的，暗物质中的绝大部分现在还不清楚。这里我们将讨论暗物质可能的候选者，由其导致的结构形成，以及我们如何综合粒子探测器和天文观测来揭示暗物质的性质。

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下面是更多关于黑暗物质的问答

暗可能是某种或某些相互作弱粒子，在已知的粒子中有可能是质的就是微。这种粒子的作用很弱，可以穿越地球，而且数量很多。按照宇宙学的理论，平均每立方厘米中约有100个微中子，这就是说，在你身体的范围里，少说也有10万个微中子 NASA发现黑暗能量 宇宙不会塌毁

(2003-02-10)

美国NASA将在本星期宣布，已经证明“黑暗能量”（dark energy）的存在；该宇宙力量与重衡，而且让宇宙永远扩张，不致坍缩。

英国「周日电讯报」九日报导，NASA的宣布，应能令叫学术界数十年来为宇宙当中正在作用的力量而衍生的争论止歇；另外，也能叫宇宙会因「大坍缩」（Big Crunch）而崩溃毁灭的理论，为之嘎然而止。

在过去，爱因斯坦、霍金等著名学者都认定，宇宙终究会停止扩张，然后因重力而告坍缩，宇宙当中的生命届时便会悉数毁灭。

然而，NASA的研究指出，前述的学术分析有误。该署去年一整年动用“微波异向性探测卫星”，探索宇宙深层，发现到某形态的“热点”（hot spot）；热点可证明宇宙正在膨胀。

这种现象显示，唯一可能导致宇宙膨升的黑暗能量的确存在，而宇宙膨胀的力量之快，绝不会因重力而坍毁，因此，大坍缩的机率便尔消失。

世界科学界把航太总署的此发现誉为宇宙史最最重大事件之一，而且提醒世人注意到航太总署的科学成就，不应该因为本月初“哥伦比亚号”解体爆炸的悲剧，而被轻忽抹杀。

航太总署观测结果与先前理论物理学家的计算非常吻合，即宇宙中可见物体大自银河、星辰，小至人类或细菌，其组成物质只占宇宙物质总量的5%不到，剩下的质量当中，约有30%由神秘未知的“黑暗物质”（dark matter）与65%的黑暗能量组成；黑暗能量即各大星系以不断增加的速度彼此渐行渐远的宇宙斥力。

黑暗能量挽救宇宙

宇宙将继续存在260亿年，而不会像先前科学家预计的那样在110亿年内在大爆炸中崩溃。根据黑暗能量理论（一种看不见的反作用于重力吸引的力量），科学家得出结论说宇宙在以更快的速度扩张。哈勃望远镜最新发现有数只超新星在以更快的速度远离我们，这表明宇宙在更快地膨胀，斯坦福大学的教授据此估计，宇宙的寿命会是它目前年纪的三倍，再延续240亿年是没问题的。黑暗能量会随着宇宙的扩张而增加。目前科学家对宇宙的命运众说纷纭，有的说宇宙会无限膨胀下去，有的科学家则认为宇宙不会无限扩张，将在下一次大爆炸中消失。■ 这成人内容是黑色杂质，创造了参差不齐的东西，比杂志比较

暗能量和质是不可见的、能推宙运能量，宇宙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%。[1]  [2] 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”。

追问

不是暗物质！！，而且，我要的是定义！！

http://zhidao.baidu.com/question/2446382.html

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