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1、暗物质与暗能量,2010级物理学一班 刘永祥 201072010236,暗物质的发现,大约65年前，第一次发现了暗物质存在的证据。弗里兹扎维奇发现，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。最直观的证据是旋涡星系的旋转曲线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%的暗物质已被广为接受了。,旋涡星系,“观测”暗物质的手段,引力透镜法旋涡星系的旋转曲线星系中的恒星或星系团中的星系的速度弥散星系团（及椭圆星系）的X射线气体的流体静力学平衡方法星系团的苏尼亚耶夫泽尔多维奇效应,
2、暗能量的发现,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。,暗能量的发现,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。,能量分布图,图片说明普通中发光物质占了宇宙总能量的0.4%，其
3、他的普通物质占了3.7%，暗物质占了近23%，另外的73%是占主导暗能量。,暗物质与暗能量,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。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。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。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7080%的差异。,对宇宙认识的转变,没发现暗能量，仅知道暗物质时 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。当认识到暗能量时 总能量密度（物质
4、能量密度与暗能量密度之和）决定着宇宙的几何特性。并且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。,最被看好的暗物质候选者,低温无碰撞暗物质（CCDM）具有寿命长、温度低、无碰撞的特性 优势1.CCDM的结构形成数值模拟结果与观测相一致 2.作为一个特殊的亚类，弱相互作用大质量粒子（WIMP）可以很好的解释其在宇宙中的丰度。3.理论模型中预言了一些非常有吸引力的候选粒子 如中性子和轴子。缺点在从1Mpc到Kpc小一些的尺度上，出现了不一致。,强相互作用暗物质（SIDM）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
5、不一致也随着时间变得越来越尖锐。大爆炸宇宙学说认为，凞发生大爆炸时，凋宇宙的温度是极高的，刃之后慢慢降温，刚到现在约150亿年后大约还残留着3K左右的热辐射。暗物质和暗能量也许根本不存在2010年06月17日15:53科技日报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。星系团的苏尼亚耶夫泽尔多维奇效应暗物质与暗能量之间的相互作用2006年夏天，天文学家声称他们已经找到了暗物质存在的直接证据。725K的黑体辐射相同。人们发现这一星系团实际上是两个子星系团以高速相互碰撞后正在彼此远离。暗能量的
6、排斥引力与暗物质的吸引引力相似与分子间所存在的引力和斥力。2001年6月，美国宇航局(NASA)发射了威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)，该探测器在宇宙学参量的测量上提供了许多比早先仪器更准确的数值，依据它提供的数据，宇宙是在不断加速膨胀的。,可能的冷暗物质,强相互作用暗物质（SIDM）温暗物质（WDM）斥暗物质（RDM）模糊暗物质（FDM）自湮灭暗物质（SADM）衰变暗物质（DDM）大质量黑洞（BH）,修改牛顿引力（MOND）理论,1983年，以色列物理学家米尔格若姆曾提出暗物质可能不存在。他认为，牛顿动力学的适用范围仅是我们地球附近和太阳系内。宇宙引力场强度很微弱，牛顿动力学应作如下修
7、改在引力场弱到10/8时，引力将不再是牛顿的平方成反比，而变成一次方反比。,暗物质存在的直接证据,2006年夏天，天文学家声称他们已经找到了暗物质存在的直接证据。这一证据来自子弹星簇中两大星系的正面碰撞。人们发现这一星系团实际上是两个子星系团以高速相互碰撞后正在彼此远离。尤其重要的是，人们首次非常清晰地看到这两块碰撞星系团中，暗物质与普通物质是明显分离的。通过对子弹星簇的观测，虽然仍然无法解释何为暗物质，但是这种观测可以帮助科学家理解暗物质粒子的行为方式。,2006年夏天，天文学家声称他们已经找到了暗物质存在的直接证据。星系团的苏尼亚耶夫泽尔多维奇效应像普通的物质一样，暗物质是引力自吸引的，而
8、且与普通物质成团并形成星系。尤其重要的是，人们首次非常清晰地看到这两块碰撞星系团中，暗物质与普通物质是明显分离的。201072010236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。科学家据此提出是暗能量、暗物质的存在导致了宇宙的加速膨胀。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。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。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。,回顾,自上个世纪60年代宇宙微波背景辐射被发现后，作为“大爆炸”的遗迹
9、，其被众多天文学家作为构建标准宇宙模型的基础，而关于宇宙物质构成的确认也主要依据宇宙微波背景辐射图谱的分析。2001年6月，美国宇航局(NASA)发射了威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)，该探测器在宇宙学参量的测量上提供了许多比早先仪器更准确的数值，依据它提供的数据，宇宙是在不断加速膨胀的。科学家据此提出是暗能量、暗物质的存在导致了宇宙的加速膨胀。认定宇宙是由4%的“正常”物质，如行星、恒星、小行星和气体等、22%的即不辐射也不吸收光线的暗物质和74%的暗能量组成。,宇宙微波背景辐射,宇宙微波背景辐射（又称3K背景辐射）是一种充满整个宇宙的电磁辐射。特征和绝对温标为2.725K的黑体辐射相
10、同。频率属于微波范围。宇宙微波背景辐射产生于大爆炸后的三十万年.大爆炸宇宙学说认为，凞发生大爆炸时，凋宇宙的温度是极高的，刃之后慢慢降温，刚到现在约150亿年后大约还残留着3K左右的热辐射。百度百科,宇宙微波背景辐射,宇宙大爆炸产生的残系辐射,暗物质和暗能量也许根本不存在2010年06月17日15:53科技日报,英国达勒姆大学的汤姆尚克斯教授和他的学生尤坦恩萨万维特在向英国皇家天文学会提交的最新研究报告中称，他们对WMAP望远镜的图像平滑方式进行了更为细致的分析，结果发现，图像的平滑处理程度远比以前认为的要大，这意味着对宇宙微波背景辐射的测量并不像过去认为的那样准确，实际的微波背景辐射起伏远比过去认为的要小得多，而目前据此建立的的宇宙标准模型可能是错误的，暗物质和暗能量也许根本不存在。,暗物质与暗能量之间的相互作用,暗能量的排斥引力与暗物质的吸引引力相似与分子间所存在的引力和斥力。暗物质的吸引引力推动了宇宙结构的形成，暗能量的排斥引力则推动着宇宙的加速膨胀,
