作业帮暗物质有哪些分类?
来源：学生作业帮 编辑：拍题作业网作业帮 分类：物理作业 时间：2024/04/27 19:19:42
暗物质有哪些分类?
著名美籍华人科学家李政道博士在访问上海交大时指出,在世纪之交时,物理学的4个前沿领域分别是：暗物质研究、类星体和活动星系核研究、自由夸克寻找,引力与超对称、本文仅就有关暗物质研究内容和取得的成果作一简略介绍．
暗物质的提出.1929年埃德温.哈勃的宇宙膨胀的发现表明,如果你把星系现在的运动往时间的过去方向倒溯,它们在一百五十亿到二百亿年前的某一时刻就似乎它们应该重合在一起,在这个称为大爆炸奇点的时刻,宇宙的密度和时空的曲率为无穷大.宇宙从非常小的尺度开始膨胀,最初的膨胀称为暴涨,也就是说宇宙的尺度在比一秒还要短的时间内至少增加一百万亿亿亿倍.按照量子力学的不确定性原理,早期的宇宙不能是完全均匀一致的.其结果是在暴涨时期结束之后.留下的—些宇宙使一些地方比另一些地方膨胀的稍慢一些.在膨胀稍慢的区域,物质的引力吸引使膨胀进一步减慢.该区域最终会停止膨胀,并且收缩形成星系和恒星．这就是关于我们宇宙的起始学说.
宇宙的未来又将是怎样的呢?物理学家在预言宇宙遥远未来时指出：宇宙的平均密度是一个关键的值,宇宙的平均速度大于某个临界值,引力吸引将使正在膨胀中的宇宙最终停止膨胀而开始新的收缩,宇宙就会塌缩到一个大挤压,这和启始宇宙的大爆炸相当类似.大挤压是被称作奇性的一个东西,是具有无限密度的状态.反之,如果宇宙的密度小于该临界值,宇宙将不会塌缩,而会永远膨胀下去．其密度在一段时间之后会变得如此之低,引力吸引对于减缓膨胀没有任何显著的效应．星系间会继续以恒常速度相互离开.
我们知道,宇宙的临界密度为10-30g/cm3~10-28g/cm3之间的某个值,宇宙的平均密度到底是多少?我们可以通过观测来估计宇宙的平均密度.我们把看得见的恒星质量和气体云的质量相加,它们的总数仅为临界值的百万分之一左右．难道宇宙就永远膨胀下去了吗?不一定,物理学家指出,宇宙中还存在我们不能直接观测到的物质,那就是所谓的“暗物质”.
暗物质存在的证据.暗物质存在的第一个证据来自于螺旋星系.螺旋星系是存在恒星和气体的巨大的饼状聚合体.由观测知道它们围绕着自己的中心旋转．但是如果它们只包含我们观测到的恒星和气体,则旋转速率就高到足以把它们甩开．事实上它们没有被甩开,而继续围绕其中心在高速旋转.因此,在螺旋星系中必然存在某种看不见的物质形式,其吸引力足以把旋转的星系牢牢抓住,而不被甩开.
暗物质存在的另一个证据来自于星系团．我们观测到的星系在整个空间中分布得不均匀,它们成团地集中在一起,其范围从几个星系直到几百个星系．通过观测发现这些星系团中的个别星系的运动速度是如此之高,要不是引力吸引把星系抓到一起,这些星系团就会飞散开去．估算表明,能够把它们吸引成团所需要的质量比所有星系的总质量都要大很多,因此,在星系团中除我们观测到的星系以外必然存在另外的物质,即所谓暗物质.人们可以对具有确定证据的那些星系和星系团中的暗物质的质量作一个相当可靠的估算.但是这个估算值仍然只达到要使宇宙重新塌缩的临界质量的百分之十左右.为此,相信宇宙不会永远膨胀下去而最终会塌缩的物理学家预言还可能存在其它种类的暗物质,这些暗物质必须存在于星系和星系团之外,否则的话,我们应能觉察到它对星系旋转或星系团中星系运动的效应.
相信宇宙中还存在其它种类的暗物质的物理学家指出．如果宇宙只具有十分之一的临界密度,现已存在的宇宙就无法理解.因为如果宇宙只具有十分之一的临界密度,需要极其仔细地选取初始的密度和膨胀率．如果大爆炸后一秒钟宇宙的密度大了一万亿分之一,宇宙就会在十年后塌缩,另一方面,如果那时宇宙的密度小了同一个量,宇宙在大约十年后就变成基本上空无一物．所以要理解现在存在的宇宙,宇宙的平均密度必须非常接近临界密度.
物质存在的形式.如果暴涨理论是正确的,必须存在的暗物质会是什么呢?它似乎和构成恒星和行星的正常物质不同．它们可能是宇宙极早阶段的残余．基本离子是一种可能性,最有希望的是中微子.它被认为自身没有质量,但是最近,一些观测暗示,中微子可能有小质量,如果这一点得到证实并发现具有恰好的数值,中微子就能提供足够的质量,使宇宙密度达到临界值.
黑洞是暗物质存在的一种形式.在宇宙的早期可能经历过所谓的相变．在相变过程中,形成的黑洞,如果质量较小,它们由于量子力学的不确定性原理的效应,迄今已被蒸发殆尽．但是,如果它们超过几十亿吨（一座山的质量）则现在仍然存在,并且很难被探测到．黑洞存在的证据已见报导.由美日天文学家组成的一个研究小组宣称,他们在距地球2100万光年处的一个星系内发现了存在庞大“黑洞”的证据,这一黑洞是太阳质量的4000万倍．在此之前,美国航空航天局于1994年5月底宣布,“哈勃”太空望远镜上携带的广视野星际照相机摄取了距离地球 5000万光年的 M87星系中的旋涡状气体云盘中,也存在“黑洞”的结论性证据.
对于在宇宙中均匀分布的暗物质,它对宇宙膨胀的效应是唯一探测其存在的方法．由测量遥远星系离开我们而去的速度便可确定膨胀的减慢程度.但是目前遇到的麻烦是星系的表观亮度不能很好地标度星系离开我们的距离.这必须等到我们发展出更好的测量星系距离的手段后才行.
暗物质的提出.1929年埃德温.哈勃的宇宙膨胀的发现表明,如果你把星系现在的运动往时间的过去方向倒溯,它们在一百五十亿到二百亿年前的某一时刻就似乎它们应该重合在一起,在这个称为大爆炸奇点的时刻,宇宙的密度和时空的曲率为无穷大.宇宙从非常小的尺度开始膨胀,最初的膨胀称为暴涨,也就是说宇宙的尺度在比一秒还要短的时间内至少增加一百万亿亿亿倍.按照量子力学的不确定性原理,早期的宇宙不能是完全均匀一致的.其结果是在暴涨时期结束之后.留下的—些宇宙使一些地方比另一些地方膨胀的稍慢一些.在膨胀稍慢的区域,物质的引力吸引使膨胀进一步减慢.该区域最终会停止膨胀,并且收缩形成星系和恒星．这就是关于我们宇宙的起始学说.
宇宙的未来又将是怎样的呢?物理学家在预言宇宙遥远未来时指出：宇宙的平均密度是一个关键的值,宇宙的平均速度大于某个临界值,引力吸引将使正在膨胀中的宇宙最终停止膨胀而开始新的收缩,宇宙就会塌缩到一个大挤压,这和启始宇宙的大爆炸相当类似.大挤压是被称作奇性的一个东西,是具有无限密度的状态.反之,如果宇宙的密度小于该临界值,宇宙将不会塌缩,而会永远膨胀下去．其密度在一段时间之后会变得如此之低,引力吸引对于减缓膨胀没有任何显著的效应．星系间会继续以恒常速度相互离开.
我们知道,宇宙的临界密度为10-30g/cm3~10-28g/cm3之间的某个值,宇宙的平均密度到底是多少?我们可以通过观测来估计宇宙的平均密度.我们把看得见的恒星质量和气体云的质量相加,它们的总数仅为临界值的百万分之一左右．难道宇宙就永远膨胀下去了吗?不一定,物理学家指出,宇宙中还存在我们不能直接观测到的物质,那就是所谓的“暗物质”.
暗物质存在的证据.暗物质存在的第一个证据来自于螺旋星系.螺旋星系是存在恒星和气体的巨大的饼状聚合体.由观测知道它们围绕着自己的中心旋转．但是如果它们只包含我们观测到的恒星和气体,则旋转速率就高到足以把它们甩开．事实上它们没有被甩开,而继续围绕其中心在高速旋转.因此,在螺旋星系中必然存在某种看不见的物质形式,其吸引力足以把旋转的星系牢牢抓住,而不被甩开.
暗物质存在的另一个证据来自于星系团．我们观测到的星系在整个空间中分布得不均匀,它们成团地集中在一起,其范围从几个星系直到几百个星系．通过观测发现这些星系团中的个别星系的运动速度是如此之高,要不是引力吸引把星系抓到一起,这些星系团就会飞散开去．估算表明,能够把它们吸引成团所需要的质量比所有星系的总质量都要大很多,因此,在星系团中除我们观测到的星系以外必然存在另外的物质,即所谓暗物质.人们可以对具有确定证据的那些星系和星系团中的暗物质的质量作一个相当可靠的估算.但是这个估算值仍然只达到要使宇宙重新塌缩的临界质量的百分之十左右.为此,相信宇宙不会永远膨胀下去而最终会塌缩的物理学家预言还可能存在其它种类的暗物质,这些暗物质必须存在于星系和星系团之外,否则的话,我们应能觉察到它对星系旋转或星系团中星系运动的效应.
相信宇宙中还存在其它种类的暗物质的物理学家指出．如果宇宙只具有十分之一的临界密度,现已存在的宇宙就无法理解.因为如果宇宙只具有十分之一的临界密度,需要极其仔细地选取初始的密度和膨胀率．如果大爆炸后一秒钟宇宙的密度大了一万亿分之一,宇宙就会在十年后塌缩,另一方面,如果那时宇宙的密度小了同一个量,宇宙在大约十年后就变成基本上空无一物．所以要理解现在存在的宇宙,宇宙的平均密度必须非常接近临界密度.
物质存在的形式.如果暴涨理论是正确的,必须存在的暗物质会是什么呢?它似乎和构成恒星和行星的正常物质不同．它们可能是宇宙极早阶段的残余．基本离子是一种可能性,最有希望的是中微子.它被认为自身没有质量,但是最近,一些观测暗示,中微子可能有小质量,如果这一点得到证实并发现具有恰好的数值,中微子就能提供足够的质量,使宇宙密度达到临界值.
黑洞是暗物质存在的一种形式.在宇宙的早期可能经历过所谓的相变．在相变过程中,形成的黑洞,如果质量较小,它们由于量子力学的不确定性原理的效应,迄今已被蒸发殆尽．但是,如果它们超过几十亿吨（一座山的质量）则现在仍然存在,并且很难被探测到．黑洞存在的证据已见报导.由美日天文学家组成的一个研究小组宣称,他们在距地球2100万光年处的一个星系内发现了存在庞大“黑洞”的证据,这一黑洞是太阳质量的4000万倍．在此之前,美国航空航天局于1994年5月底宣布,“哈勃”太空望远镜上携带的广视野星际照相机摄取了距离地球 5000万光年的 M87星系中的旋涡状气体云盘中,也存在“黑洞”的结论性证据.
对于在宇宙中均匀分布的暗物质,它对宇宙膨胀的效应是唯一探测其存在的方法．由测量遥远星系离开我们而去的速度便可确定膨胀的减慢程度.但是目前遇到的麻烦是星系的表观亮度不能很好地标度星系离开我们的距离.这必须等到我们发展出更好的测量星系距离的手段后才行.