宇宙暗能量

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宇宙学中,暗能量是某些人的猜想,指一种充溢空间的、具有负压强的能量。按照相对论,这种负压强在长距离类似于一种反引力。如今,这个猜想是解释宇宙加速膨胀和宇宙中失落物质等问题的一个最流行的方案。
中文名
宇宙暗能量
范    畴
宇宙学
类    型
猜想
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相对论

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宇宙暗能量简介

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暗能量 暗能量
几十年前,天文学家埃德温·哈勃发现宇宙中的其它星系似乎都在向着距离我们生活的银河系越来越远的方向移动。而且它们移动的越远,运行的速度就越快。但是,天体物理学家此前曾经指出,地心引力会使得宇宙的膨胀速度逐渐减缓。之后在1998年,两个研究小组通过观察Ia型超新星——一种罕见的恒星爆炸的现象,能够释放出数量巨大的,持久的光——颠覆了天体物理学家提出的理论。
一种“宇宙协和”的模型理论提出,不断扩张的宇宙中70%是暗能量。
卫星数据和对宇宙多达100万个河外星系的测绘进一步证明了在整个宇宙中存在暗物质和暗能量,正是它们“主宰”着宇宙的扩张。
“威尔金森各向异动探测器”卫星摄下了到目前为止最详细的宇宙微波背景图。
同时,一个名为斯隆数码天空调查(SDSS)的研究小组发表一份研究论文,把他们取得的观测数据重叠在微波数据之上。他们声称,其结果显示暗能量一定存在。
但是《科学》杂志说,专家们至今仍然不清楚暗能量是如何产生的。天文学家们发现宇宙不但在扩大,而且以一种永远的加速度使宇宙扩张,这个发现激发人们深入研究暗能量。
精神病基因位居第二,这里的精神病基因指的是可能增加精神分裂症、抑郁症和两极障碍的基因。
而有关全球气候变暖证据的研究则位居第三,《科学》杂志的总编肯尼迪说,“对全球气候变暖的共识达到了无可辩驳的地步。”(中)
2003年十大科学突破

宇宙暗能量新闻链接

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美国《科学》杂志18日公布的2003年度十大科技突破分别如下:
1.发现宇宙主要由神秘的暗物质和暗能量组成。
2.揭开精神病产生机理。
3.发现全球变暖影响地球及其生物的新证据。
4.在进一步研究小核糖核酸如何协调细胞习性以及探索如何利用小核糖核酸的对付疾病取得的进展。
5.捕捉到细胞内部单个分子的多种活动情况以及对运动中的分子马达以及正在消化DNA的单个酶等进行的观察。
6.证实宇宙伽马射线爆发与超新星之间存在联系。
7.发现鼠的胚胎干细胞在培养皿中既能发育成精子也能发育成卵子。
8.证实特定介质能使光和其他电磁波以负折射率偏转。
9.通过基因测序发现人类Y染色体包含大量重复基因,这些基因以“回文”结构排列,有修复基因突变的作用。
10.对“饿死肿瘤”研究获得的新进展,发现一种抑制肿瘤血管生长的药物与传统化疗药物结合,可延长结肠癌患者存活期。 综合图:
美国《科学》杂志的封面示意宇宙不断扩张
爱因斯坦的广义相对论做出过暗能量的假设。据推测,神秘的暗能量可能构成了宇宙中绝大多数不可见的部分,它能够产生与引力相反的排斥力。暗能量至今仍是一个科学假设,还没有直接证据表明其确实存在。
日本理化研究所发布新闻公报说,日本理化研究所的稻田直久和美国斯坦福大学的大栗真宗共同领导的研究小组,观测了宇宙空间中约2.3万个类星体,以求找到受“引力透镜效应”影响的类星体。
所谓“引力透镜效应”,就是当光波、电波等在星系、星系团、黑洞等具有巨大引力的天体附近通过时,这些波会像通过凸透镜一样发生弯曲,最终在地球观测结果中出现两个以上的“虚像”。
此次观测到的受“引力透镜效应”影响的类星体数目非常多,科学家们认为,这也许只有暗能量才能解释。他们的进一步分析表明,在假设暗能量占到宇宙成分的70%时,理论计算与实际观测的结果最为吻合。
暗物质和暗能量是世纪谜题
21世纪初科学最大的谜是暗物质和暗能量。它们的存在,向全世界年轻的科学家提出了挑战。 暗物质存在于人类已知的物质之外,人们知道它的存在,但不知道它是什么,它的构成也和人类已知的物质不同。在宇宙中,暗物质的能量是人类已知物质的能量的5倍以上。
暗能量更是奇怪,以人类已知的核反应为例,反应前后的物质有少量的质量差,这个差异转化成了巨大的能量。暗能量却可以使物质的质量全部消失,完全转化为能量。宇宙中的暗能量是已知物质能量的14倍以上。
宇宙之外可能有很多宇宙
围绕暗物质和暗能量,李政道阐述了他发表文章探讨的观点。他提出“天外有天”,指出“因为暗能量,我们的宇宙之外可能有很多的宇宙”,“我们的宇宙在加速地膨胀”且“核能也许可以和宇宙中的暗能量相变相连”。
暗物质是谁最先发现的呢?
1915年,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5×10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“失踪”了,科学家将这种“失踪”的物质叫“暗物质”。
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。
Abell 2390星系团(上半图)和MS2137.3-2353星系团(下半图),距离我们约有20亿光年远。上图右半方的影像,是哈勃太空望远镜所拍摄的假色照片,而相对应的左半方影像,是由钱卓拉X射线观测站所拍摄的X射线影像。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“必要质量”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“ 暗物质”。
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20—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“冷粒子”才能束缚住。物理学家认为那是“轴子”,它是一种非常稳定的冷“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。还有人提出,暗物质可能是一种称做“宇宙弦”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。
为探索暗物质的秘密,世界各国的粒子物理学家正在这个领域努力工作,相信揭开暗物质神秘面纱的那一天不会太遥远了。
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理学