宇宙中的暗物质和暗能量
课程论文
(科研训练、毕业设计)
题目：宇宙中的暗物质和暗能量
姓名：xxxxxxx
学院：化学化工学院
系：化学
专业：化学
年级：大一
学号：xxxxxxxxxxxxx
xxxxxxxxxxxxxx
宇宙中的暗物质和暗能量
摘要文章对暗物质粒子的候选者和宇宙中暗能量的研究现状作一简单介绍.
关键词暗物质,暗能量,粒子宇宙学
正文2003 年,W ilkinson 微波背景各向异性探测器(WMAP) 、Sloan数字巡天( SDSS)和最近的超新星( SN)等天文观测以其对宇宙学参数的精确测量,进一步强有力地支持了大爆炸宇宙学模型. 这在人类探索宇宙奥秘和物质基本结构的道路上无疑是一个光辉的成就. WMAP的结果告诉我们,宇宙中普通物质只占4% , 23%的物质为非重子暗物质, 73%是暗能量, SDSS也给出类似的结果. 从物质基本结构的观点出发,普通的物质,如树木、桌子以及我们人类本身,是由分子、原子构成. 然而分子、原子不是最基本的,目前已知的基本粒子是由粒子物理标准模型所描述的夸克和轻子以及传递相互作用的规范玻色子. 什么是暗物质呢? 暗物质是不发光的,但是它有显著的引力效应. 比如,对于一个星系考虑距其中心远处的旋转速度,如果物质存在的区域和光存在的区域是一样的话,由牛顿引力定律可知,距离中心越远,速度应该越小. 可是天文观测事实不是这样的,这就说明当中有看不见的暗物质. 目前各种天文观测和结构形成理论强有力地表明宇宙中有大约三分之一是暗物质. 中微子是一种暗物质粒子, 但WMAP和SDSS的结果说明,它的质量应当非常小,在暗物质中只能占微小的比例,绝大部分应是所谓的冷暗物质. 它们究竟是什么目前还不清楚. 理论物理学家猜测,至少有两个可能性,一个是轴子( ax2ion) ,另一个是中性伴随子( neutralino). 另外还有额外维空间理论中最轻的KK ( Kaluza - Klein)粒子.近年来,为了解决冷暗物质在小尺度上可能的疑难而提出了相互作用暗物质[ 1 ] 、温暗物质等. 轴子是由罗伯特·派切(Roberto Peccei) 和海伦·奎因(Helen Quinn)为解决强相互作用中的电荷共轭-宇称(CP)破坏问题而引进的. 中性伴随子是超对称理论中的最轻的超对称伴随子,它是稳定的,在宇宙演化过程中像微波背景光子一样被遗留下来. 另外,这种暗物质粒子也可由一些超重粒子或宇宙相变过程产生的一些拓扑缺陷(如宇宙弦)衰变而产生[ 2 ] .目前世界各国科学家,例如中国和意大利科学
家合作组DAMA,正在进行着各种加速器和非加速器实验,试图找到这种暗物质粒子.
最近,人们还探讨了Gravitino[ 3 ] , Quintessino[ 4 ]等一类超弱相互作用的暗物质模型. 特别是后者理论,统一地描述了暗物质和暗能量. 在这类模型中,一个重要特点是预言了一些亚稳超对称粒子. 这些粒子有可能在加速器和非加速器物理实验,如L3 +C上得到检验.
暗能量是近年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观测表明,宇宙不仅在膨胀,而且与想象中的不一样,在加速膨胀. 在标准宇宙模型框架下,爱因斯坦引力场方程给出a¨/ a = - 4πG (ρ+3p) /3 (其中a是宇宙标度因子, G为引力常数, p和
ρ分别为宇宙中物质的压强和能量密度) ,加速膨胀a¨ > 0要求压强为负: p < - ρ/3. 另一个证据来自于近年对微波背景辐射的研究,精确地测量微波背景涨落的角功率谱第一峰的位置揭示宇宙是平坦的,即宇宙中物质的总密度等于临界密度ρc = 4. 05 ×10- 11 ( eV) 4. 但是,我们知道所有的普通物质与暗物
质加起来只占宇宙总物质的1 /3左右,所以仍有约2 /3的短缺. 这一短缺的物质称为暗能量[ 5 ] ,其基本特征是具有负压,在宇宙空间中几乎均匀分布或完全不结团. 最近WMAP数据显示,暗能量在宇宙中占总物质的73%,其能量密度大约为( 2. 3 ×10- 3eV) 4. 这一能标比粒子物理中的基本能标都要低,仅与中微子质量相当. 意指中微子可能与暗能量存在着某种内在的联系[ 6 ] . 注意,对于通常的辐射、重子和冷暗物质,压强都是非负的,所以必定存在着一种未知的负压物质主导今天的宇宙.
一种可能性是宇宙学常数,它是1917年爱因斯坦为建立一个静态的宇宙模型而引进的. 当他得知哈勃(Hubble)关于宇宙膨胀的结果后称宇宙学常数是他一生中最大的错误. 值得指出,在当今宇宙学研究中宇宙学常数有深一层的意义,它包含真空能.在量子场论中“真空”是不“空”的. 根据协变性要求,真空的能- 动量张量正比于度规张量,等效于爱因斯坦引进的宇宙学常数. 在实验测量中,二者是不可区分的. 这种能量在日常的生活和科学实验中感觉不到,但却支配着宇宙的演化,驱动宇宙的加速膨胀. 不过,很难从直观上想象真空的压强是负的. 数学上,真空的能- 动量张量正比于度规张量,它的状态方程应为w = p /ρ= - 1.
另外利用能量守恒方程,由于真空能密度是个常数,可以得到p = - ρ. 但是目前量子场论的理论预言值远远大于观测值. 如果认为爱因斯坦的广义相对论和粒子物理的标准模型在普朗克标度以下都是有效的话,理论计算的真空能将比观测值大10120倍. 这一理论与实验的冲突即宇宙学常数问题是对当代物理学的一大挑战.暗能量也可以是一种随时间变化的动力学场的能量. 最简单的是一个具有正则动能的标量场Q,在文献中它被称为“quintessence”(精质) [ 7 ] ,直译为“第五元素”. 在古希腊哲学中,宇宙由水、火、土、空气及第五种元素组
成.Quintessence的势能形式一般写为V (Q ) ,具体形式由模型而定. 随着宇宙的演化,Q场沿着V (Q )由高能往低能区滚动. 对于分布均匀的quintessence场,它的能量密度和压强分别为ρQ= Q·2 /2 + V (Q ) , pQ = Q· 2 /2 - V (Q) , 其中Q·是quintessence场对时间的导数. 如果势能函数是非常平坦的
话,quintessence场将处于慢滚阶段,满足Q·2n V (Q) ,这样压强将取负值,驱动宇宙的加速膨胀.
现在我们对于作为暗能量的两种可能性:宇宙学常数(或真空能)和quintessence场作一比较. 在quintessence模型中,暗能量随时间而变,不光能量密度ρQ ,且状态方程w = pQ /ρQ 不同时刻可取不同的值. 而对于真空能,能量密度是一个常数且状态方程永远是- 1. 用真空能来解释暗能量存在着两个大的问题,其一是上面已谈过的老的宇宙学常数问题,即观测的真空能为什么这么小? 第二个问题是:现今宇宙中的物质占27% ,暗能量占73% ,二者的能量密度处于同一个量级,然而,真空能与物质有完全不同的演化行为. 对于物质,其密度ρm 随着宇宙的膨胀而减少, ρm∝a - 3 ;而对于真空能,它的密度ρv是一个常数,不随宇宙的演化而改变. 对于具有137亿年演化历史的宇宙来说,只有在宇宙早期非常精细地调整ρv /ρm 才能给出今天的ρv /ρm. 理论上讲这个精细调整是非常令人不满意的,在文献中,这个问题也叫作一致性问题( coincidence p roblem ). 在quintessence模型中,由于暗能量随宇宙演化而改变,这一问题有可能得到解决.
另外,由于quintessence是一种动力学场,它将带来一系列有趣的物理现象. 例如,与电磁场的相互作用Q FμνFμν (其中Fμν是电磁场张量)将会导致精细结构常数的改变. 这种“常数”不“常”的物理现象一旦被证实,也将是一个
重大发现.
除了quintessence 外,近年人们还研究了K -essence, tachyon 和phantom 等暗能量模型,这些都是基于场论中的标量场理论. 这些标量场可为基本的,也
可为复合的. 在粒子物理的标准模型中,希格斯场也是一个标量场,实验上至今
还没有找到,理论上存在着一些困难,如平庸性和自然性等问题. 暴涨模型中的
暴涨子也是标量场,理论上,保证暴涨势的平坦性也存在着一定的困难. 由此可知,标量场在粒子物理和宇宙学中有广泛的应用,但它的物理性质有待深入的理
论研究,当然更重要的是实验上需要直接或间接地证实希格斯粒子、暴涨子和quintes2sence的存在.
理论研究暗能量模型并从观测(例如WMAP、SDSS, SN, Planck 以及我国正在设计制造的LAM2OST望远镜等)上确定其状态方程是当今宇宙学研究的一个焦点. 表征暗能量模型的一个重要量是状态方程w = p /ρ,比如,对于宇宙学常数(或真空能)它是- 1;对于quintessence模型,它介于+ 1和- 1之间;对于phantom模型,它小于- 1. 由此用天文观测数据对w 进行限制对于暗能量的研究是至关重要的. 在文献中,常用的w 的参数化包括: w ( z) =w0+w1 z或w ( z) =w0 +wa z / (1 + z) . 最近利用SN数据分析结果显示,宇宙学常数w = - 1可以解释观测结果,但有迹象表明w 可能随着红移Z 增加由小于- 1到大于- 1. 为此,我们提出了一类新的暗能量模型,叫做quintom[ 8 ] . 然而要确定暗能量是否是动力学的需要进一步更精确的观测数据.
暗能量的本质决定着宇宙的命运. 如果加速膨胀是由真空能(即宇宙学常数)引起的,那么宇宙将永远延续这种加速膨胀的状态. 宇宙中的物质和能量将变得越来越稀薄,星系之间互相远离的速度将变得非常快,新的结构不可能再形成.
如果导致当今宇宙加速膨胀的暗能量是quintessence,那么宇宙的未来将由quintessence场的动力学决定,有可能会永远加速膨胀下去,也有可能重新进入
减速膨胀的状态,甚至可能收缩. 然而目前已知的理论都不能自然地解释暗能量,而且存在着灾难性的宇宙学常数问题. 解决这一问题需要新的理论,这样的理论一旦被找到,很可能是人们长期追求的包括引力在内的各种相互作用统一的量子理论. 这将是一场重大的物理学革命.
参考文献
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爱因斯坦宇宙常数和宇宙中暗能量
收稿日期:2004-11-10;修回日期:2005-05-11 作者简介:奚定平(1946 ),男,江苏南京人,深圳大学理学院教授. 专题介绍 爱因斯坦宇宙常数和宇宙中暗能量 奚定平,何晓微,曾丽萍 (深圳大学理学院,广东深圳 518060) 摘要:综述了宇宙在加速膨胀的观察证据,从爱因斯坦场方程和动力学方程出发详细分析爱因斯坦引入宇宙常数在宇宙加速膨胀中的作用,探讨宇宙常数和宇宙中暗能量的关系. 关键词:暗能量;宇宙常数;红移;哈勃定理;真空能 中图分类号:P 159;O 412.1 文献标识码:A 文章编号:1000-0712(2005)10-0035-04 爱因斯坦利用广义相对论的场方程建构宇宙模型,这个方程的解暗示着宇宙的大小正在改变,不是正在膨胀就是正在收缩.而爱因斯坦局限于当时对宇宙的认识,认为宇宙应该是静止的,因此他又在广义相对论引力方程中引入了一个宇宙项 ,叫 宇宙常数 ,代表宇宙物质的一个成分.这个宇宙常数起的就是排斥力的作用.有了该常数之后,引力方程同时具备了引力和斥力,正好能够达到平衡,可让宇宙 静止 下来,以致方程的解给出一个稳定的宇宙模型.后来科学家重新计算爱因斯坦广义相对论场方程,得出即使引入宇宙常数,宇宙模型的解也是运动的. 没过多久,上世纪20年代,天文学家哈勃(Ed -w in Hubble)从星系光谱的红移的观测中发现宇宙中所有的星系都在彼此远离退行,离我们越远的星系退行运动的速度越快,这一发现被总结为哈勃定理 v =H l (1) 其中,v 是星系退行速度,H 是哈勃常数,l 是星系离地球的距离.式(1)的线性关系只当l 是在小尺度范围时才成立.最新的WMAP 数据给出现时的哈勃常数H 0=71km/(s Mpc ),误差约为5%[1]. 在得知哈勃的发现之后,爱因斯坦不得不放弃了他的观点,承认 宇宙常数 是他科学观点中一个最大的错误.近年来,科学家们一再通过各种观测和计算证实[2],暗能量在宇宙中占主导地位,约占73%,暗物质占近23%,普通物质仅约占4%.暗能量起着推动宇宙加速膨胀的作用.从理论上讲,宇宙常数 在场方程中起着暗能量的作用.被爱因斯坦 当初认为是错误的并让他极为懊悔的 宇宙常数 竟然是极有道理的. 1 暗能量的观测依据 1998年,两组天文学家分别独立地观察极远处的超新星,测量超新星的距离和红移,企图证明由于物质的引力作用使宇宙的膨胀速率逐渐减慢.但是,令他们吃惊的是,观察结果表明宇宙在加速膨胀.超新星即爆炸中的恒星,它的亮度是几十亿颗太阳亮度的总和.特殊的一类超新星是IA 类型的超新星,它们具有相同内禀的光度.我们肉眼所感觉到的光度表示着它离我们的距离.就像两根蜡烛,它们的光度一样,但离我们近的就会显得亮些,离我们远的就会显得稍微暗些.测定超新星的亮度,可以用来判断宇宙膨胀的速率.这是因为这种超新星的内禀光度 是近似均匀的,在宇宙减速膨胀中诞生的星体,其发出的光到达地球时,该星体和地球之间的距离由于膨胀减速的原因要比预计的近,因而地球上的观测者会发现其光要比预计中更亮.同理,在宇宙加速膨胀中诞生的星体,其发出的光到达地球时,该星体和地球之间的距离由于膨胀加速的原因要比预计的远,因而地球上的观测者会发现其光要比预计中更暗.其后,利用哈勃太空望远镜和其他地面观察仪器对更多超新星观察(300多个)表明,宇宙的膨胀很可能经历一个先减速、后加速的过程,这个重大的转变大约发生在70亿年前.宇宙膨胀加速的过程证明宇宙中确实存在负引力,它的作用表现为排斥力.这里产生负引力的能量称为 暗能量 .如图1所示. 第24卷第10期大 学 物 理V ol.24No.10 2005年10月COL L EGE PHYSICS O ct.2005
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分别对待暗能量、分别对待暗物质的报告之三：介绍刘辰楼“荦谧加速能”科学的重大五规律，与爱因斯坦们“恶煞暗能量”推想的严重五错误。 【一】爱因斯坦们“恶煞暗能量”推想的严重五错误之一：将有条件的场客加速远离，当成了无条件的场客加速 远离。换言之，将有条件的场客加速远离，当成了所 谓“宇宙速胀”。 【二】刘辰楼“荦谧加速能”科学的重大五规律之一：爱因斯坦们所谓“宇宙速胀”，是没有的事；而“有条件 的场客加速远离”，是确有的事。
【三】爱因斯坦们“恶煞暗能量”推想的严重五错误之二：试图自所谓“爱因斯坦方程”，求解“暗能量”。【四】事实上，所谓“爱因斯坦方程”，原本不能成立。【五】“爱因斯坦方程”不能成立的原因，是；等号前方的微分张量，不能等于等号后方的非张量。 【六】刘辰楼“荦谧加速能”科学的重大五规律之二：克服了爱因斯坦们“恶煞暗能量”推想的严重五错误之二， 才能解出“荦谧加速能”（荦能额与谧能额）。【七】刘辰楼“荦谧加速能”科学的重大五规律之三：无客速的场客，不会加速远离；客速不够大的场客，也不 会加速远离。 【八】爱因斯坦们“恶煞暗能量”推想的严重五错误之三：不问场客“加速远离所需的初速值”。 【九】场客盘速{（Rcosθ）φ速}为零、场客局纬速（Rθ速）也为零时，刘辰楼的场客局速算式，表明：R加速度 〒-（荦能额对R的偏导数）c平方exp（4荦能额+2 谧能额）+（3荦能额对R的偏导数+谧能额对R的偏 导数）R速平方。 【十】加速远离，就是：R加速度＞0。 【十一】所以，“加速远离所需的初速值”，其平方，R 速平方＞{（荦能额对R的偏导数）/（3荦能额对R 的偏导数+谧能额对R的偏导数）} c平方exp（4荦
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会继续工作90秒钟。理论上来讲，在后九十秒钟以前吸一些液压氧气会让轻伤完全恢复。 地球的重量 地球的重量不是一成不变的。虽然科学家在确切的重量上还达不成一致，但是他们都同意地球因为有陨石、大气灰尘和彗星星尘每一天都在变重。据说每一年地球的重量都会增加10000-100000吨。 在太空呆着会长个儿 当一个人在太空中的时候他会长个儿。在地球上的时候，脊椎会因为重力而被压缩。但是当一个人在真空的太空中时，脊椎会尽最大可能变长。每一个宇航员在太空中大约会长2英尺。 心脏会变 除了脊椎以外，人的心脏也会改变一些才能适应太空的环境。根据太空生物学家的说法，心脏会变小，抽送的血液也会变少。当一个宇航员处于一个重力比较小的环境时，血液会从较低的部分流向心脏和大脑，这会让心脏暂时变大。这会导致血容量变大，多余的液体会以尿液的形式排出体外。但是这时心脏也会变小，抽送的血液也会变少。这就是许多宇航员回到地球以后会头晕的原因。 盘点宇宙神秘现象该领域最权威的两大专家、物理学家安德烈-林德和阿兰-古思认为，即便存在其他的宇宙，也是在离我们非常遥远的空间，我们永远不会与其发生接触;他们的同行保罗-J-斯坦哈特和尼尔-图罗克择坚持认为平行宇宙存在于不同的时间点;而马克斯-特格马克和已故科学家丹尼斯-夏默则认为其他的宇宙与我们所在的
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暗物质与暗能量的统一性研究 发表时间：2019-06-10T14:58:52.437Z 来源：《知识-力量》2019年8月27期作者：张天成[导读] 随着世界的不断发展，暗物质和暗能量在粒子物理和宇宙学研究中越来越引起了大家的关注和重视。这是在21世纪中两个重大的科学问题。本文首先简单介绍了暗物质的基本定义和特点，暗能量的基本定义与特点，阐述了暗物质与暗能量统一的理论模型，最后利用该理论完善了宇宙大爆炸模型。 （马来亚大学） 摘要：随着世界的不断发展，暗物质和暗能量在粒子物理和宇宙学研究中越来越引起了大家的关注和重视。这是在21世纪中两个重大的科学问题。本文首先简单介绍了暗物质的基本定义和特点，暗能量的基本定义与特点，阐述了暗物质与暗能量统一的理论模型，最后利用该理论完善了宇宙大爆炸模型。 关键词：暗物质；暗能量；统一性；研究 一、暗物质的基本定义与特点 暗物质（Dark matter）是理论上提出的可能存在于宇宙中的一种不可见的物质，它可能是宇宙物质的主要组成部分，但又不属于构成可见天体的任何一种目前已知的物质。大量天文学观测中发现的疑似违反可以在假设暗物质存在的前提下得到很好的解释。现代天文学通过天体的运牛顿万有引力的现象动、引力透镜效应、宇宙的大尺度结构的形成、微波背景辐射等观测结果表明暗物质可能大量存在于星系、星团及宇宙中，其质量远大于宇宙中全部可见天体的质量总和。结合宇宙中微波背景辐射各向异性观测和标准宇宙学模型（ΛCDM模型）可确定宇宙中暗物质占全部物质总质量的85%。由于暗物质的神秘，现在世界上产生了不同的物理理论说法。一种是说暗物质就是一种具有质量的可以相互作用但是作用力非常微弱的粒子。这种说法目前被物理学家们广泛的接受和认可。其质量与相互作用强度在电弱标度附近，在宇宙膨胀过程中通过热退耦合过程获得目前观测到的剩余丰度。但是也有另一种说法，是说暗物质是由轴子，惰性中微子等这些类型的粒子组成。 暗物质的存在已经得到了广泛的认同,然而目前对暗物质属性了解很少。目前已知的暗物质属性仅仅包括有限的几个方面：目前大部分物理学家对暗物质的存在都有一定的认同，但是暗物质的特点都有哪些，这些物理学家知道的还不太多。目前所了解的暗物质的特点主要表现在以下几个方面：第一，暗物质是一种有质量的粒子，暗物质之间可以相互产生引力，但是暗物质的质量大学目前还是个未知数。第二，暗物质具有很强的稳定性。因为通过研究发现，暗物质几乎存在于宇宙形成各个阶段，在宇宙结构形成的各个过程都有暗物质的存在，所以暗物质应该是在能宇宙上稳定的存在的。第三，暗物质之间的产生的相互作用力非常弱。暗物质和光，电等之间产生的作用特别小，几乎看不出。我们从原初核合成可以看出。如果相互作用力大的话，这个过程就会受到刺激和扰动。将导致暗物质的元素产生一系列的变化，会使得观测结果不一致。第四，我们通过电脑模拟宇宙大尺度结构的形成过程中发现，暗物质的运动速度远远低于光速，即“冷暗物质”，不然我们的宇宙无法在引力作用下形成目前观测到的大尺度结构。因此，目前我们所知道的暗物质粒子还不一定是准确的，也是不属于我们已知的任何一种基本粒子。这对当前极为成功的粒子物理标准模型构成挑战。 二、暗能量的基本定义与特点 暗能量存在于宇宙运动中，它通过自身的引力作用推动宇宙运动，由于暗能量目前还不能吸收光，也不可以反射或者说辐射光，因此，截止到目前，人们还不能利用现在的技术对暗能量进行监测。但是暗能量可以与光产生一种中和作用，这种作用可以影响到同级暗能量的分布范围。当暗能量与光反应时，会对作用域的时间产生影响，绝对速度v0>c，此时作用域的能量E产生跃迁，根据E=mc2，作用域内的物质质量会有减少。由于宇宙空间不断发生的中和反应，作用域内的物质质量不断减小致使物质的引力减小，出现宇宙膨胀。随着宇宙膨胀可以伴着时间的变化而变化，那么宇宙膨胀的高精度测量对我们来研究宇宙增加了很大的困难，在广义相对论中，我们发现，宇宙的膨胀速度主要由宇宙状态的方程式决定，如何确定暗物质和暗能量的状态方程式是宇宙学比较关注的问题。 三、暗物质与暗能量统一之宇宙大爆炸 “大爆炸宇宙论”（The Big Bang Theory）是现代宇宙学中最有影响的一种学说。它的主要观点是认为宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里，宇宙体系在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化，如同一次规模巨大的爆炸。通过暗物质和暗能量的基本定义和特点阐述来看，我们发现暗能量的产生与暗物质不可分割。暗物质与暗能量的统一可以从宇宙大爆炸模型来说。最初的宇宙起源于密度特别大的奇点，这个奇点会在某个时刻存在不平衡的状态，这时候就产生了第一次大爆炸。但是这次大爆炸一直都没有被发现，因为没有任何明显的现状，奇点并没有破碎，但是奇点在力的粒子和周伪散落，慢慢地奇点失去合力产生了第二次大爆炸，这次的爆炸导致整个奇点破碎了，暗物质与重子物质也随之散开，冷却后形成了现在的宇宙。这就是著名的宇宙大爆炸。这时候宇宙中的各种天体在暗物质的引力下迅速膨胀，宇宙中的重子物质和暗物质圈几乎重叠在一起，宇宙就开始不断收缩，最后塌陷到奇点，时间再次回到原点。 结论 “宇宙并非永恒存在，而是从虚无创生”的思想在西方文化中可以说是根深蒂固。虽然希腊哲学家曾经考虑过永恒宇宙的可能性，但是，所有西方主要的宗教一直坚持认为宇宙是上帝在过去某个特定时刻创造的。虽然我们看到暗物质的作用力方向和暗能量的方向完全相反，但是这种现象有很大可能是由同一种物质导致的，很大可能就是本文所讲述的暗物质。这种物质在内部主要呈现出引力的作用，在外部主要呈现出反引力。通过研究暗物质与暗能量的统一性分析，也发现这个理论对宇宙大爆炸现象有很强的说服力。参考文献 [1]周烨.浅谈暗物质与暗能量要求及新技术的应用[J].山东工业技术,2019(06). [2]孙彩虹.暗物质与暗能量在物理系统中的应用解析[J].通信电源技术,2018,35(10). [3]张晓丽.暗物质与暗能量在物理系统中的运用分析[J].科学技术创新,2018(28). [4]刘振宗,陈智远.暗物质与暗能量统一性研究分析[J].技术与市场,2018,25(12). [5]李思明,王宇翔.暗物质与暗能量研究[J].科技风,2018(31). [6]李苏.试论暗物质与暗能量统一性模型研究[J].科技与创新,2018(18).
天文学中的暗物质和暗能量问题之由来和困惑_图文(精)
天文学中的暗物质和暗能量问题之由来和困惑武向平? (中国科学院国家天文台 北京 100012 2015-05-19收到 ?email :wxp@https://www.360docs.net/doc/5911070387.html, DOI :10.7693/wl20150610 1宇宙起源
今天的宇宙学研究早已经冲破了“九重天” 的空间尺度和“七天创世纪”的宗教信仰,21世纪的宇宙学已经是最精密的自然科学之一。 为现代宇宙学研究带来革命性进展的天文学家无疑是哈勃,他在1929年发现了银河系周围星系的退行速度与其相距银河系之距离成正比。此观测事实给了后来的物理学家伽莫夫以启示:既然所有的星系都彼此相互远离,那么若沿着时间的长河逆向追溯,它们就必将在有限的时间里汇聚在一起;反之,若沿着时间发展的箭头,宇宙则就像发生过一次爆炸一样,从致密高温的状态膨胀散开。1948年,伽莫夫成功地预言了宇宙大爆炸的“火球”膨胀至今遗留下的温度应为50K (1956年修正为6K,并锁定在微波波段。而在1965年,两位Bell 实验室的工程师Penzias 和 Wilson 无意间得到了震惊世界的发现,尽管他们当时并未意识到所获得的与方向无关的天空噪声就是宇宙大爆炸的遗迹。虽然星系的退行和大爆炸火球的发现及其高度的各向同性,的确给宇宙大爆炸学说奠定了最坚实的观测基础,但人们很快就意识到,一个高度各向同性的大爆炸火球并不是人们所期望的。今天,浩瀚的宇宙中充满了以星系为基本单元的成员,它们并非均匀地分布于宇宙空间中,而是形成了有规则的结构:既有成千上万星系组成的“长城”,也有空空如也的“空洞”。一个过于均匀的大爆炸火球作为“种子”是无法形成我们今天所看到的有结构之宇宙。所以,大爆炸的遗迹(今天称之为宇宙微波背景辐射被发现后,人们就一直致力于寻找它上面是否存在不均匀的成分。终于,1992年由George Smoot 领导的一个小组借助于COBE 卫星发现了大爆炸火球上的十万分之一的温度起伏,且这些起伏正是人们期望看到的造就今天宇宙万物的“种子”!随后,诸多宇宙微波背景辐射探测卫星如WMAP 和PLANCK 以及南极的大量天文 实 科学家沙龙
暗物质和暗能量是如何形成的解读
暗物质和暗能量揭秘开始想写这篇文章，源于多年对宇宙物理学的浓厚兴趣。对于宇宙如何诞生，演化也有一些自己的观点。特编写出来和广大宇宙物理爱好者共研。由于本人水平有限，不妥之处请朋友谅解，不胜感激。 1.宇宙的本质是什么？宇宙万物及我们人类存在于广阔无艮的宇宙之中，我们大多数人也许不会去思考的一些问题—宇宙为什么能存在？为什么会有宇宙？其实中外古今有许多人是对这个问题进行过探讨，如我国的盘古开天辟地，轻清上浮为天，重浊下沉为地，天地间隔随时间不断加大，女娲抟土而造人的理论。西方的上帝创造宇宙，再创造了一个男人亚当，用亚当一根肋骨创造出第一个女人夏娃的理论。当然还有其他创世神创世等各种学说。这些学说我们先不要妄言其一定是谬的，可是都有一个共同的不解之处，那就是创世神是存在于哪里，创世神所在那个世界又是怎么来的？如果不能解释这个问题，那这些理论就不是成熟的理论了。现在有一个理论认为宇宙是起源于一次大爆炸，宇宙是从一个几乎无限小的奇点大爆炸而产生的，这就是著名的宇宙大爆炸起源理论。1929年，美国天文学家哈勃通过观测遥远星系的红移提出星系的红移量和星系的距离成正比的哈勃定理，并推导出星系都在远离的宇宙膨胀学说。大爆炸宇宙论是一种观测证据最多，最获公认的现代宇宙理论。大爆炸宇宙论很好地解释了为什么会有宇宙，但还有一个问题不能解释，那就是宇宙为什么能存在？宇宙万物得以存在如果没有任何依据，难道不是一件不可思议的事情吗？因此我认为一定会存在一种与构成宇宙的要素属性相反，能相互抵销的要素。我们把构成宇宙一切物质和能量的要素称为原力，把我们所在的宇宙定义为正宇宙，那么与原力相反属性的反原力构成的宇宙就是反宇宙。原力是构成物质和能量的最基本单位，所以不管物质粒子结构多么复杂，原力却是最简单、最单纯的，它没有内部结构，因为如果有内部结构就不能算是基本单位了。因此既使最多量的原力都能集合于无限小的空间之内，是构成宇宙一切的唯一素材。值得一提的是，原力不是力，但宇宙一切运动因它而起，故称之原力。因此，我认为宇宙的本质是虚无的，可以用0=（+X+(-X表示，+X表示宇宙正原力总量，-X表示反宇宙反原力总量。正反原力在理论上可以抵销湮灭，正原力和反原力绝对一样多。其实古人们对于宇宙虚无本质早有论述，周易中说：“无极生太极，太极生两仪”，就是说虚无诞生无限多，无限多有
宇宙中的暗物质和暗能量
课程论文 (科研训练、毕业设计) 题目：宇宙中的暗物质和暗能量 姓名：xxxxxxx 学院：化学化工学院 系：化学 专业：化学 年级：大一 学号：xxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxx
宇宙中的暗物质和暗能量 摘要文章对暗物质粒子的候选者和宇宙中暗能量的研究现状作一简单介绍. 关键词暗物质,暗能量,粒子宇宙学 正文2003 年,W ilkinson 微波背景各向异性探测器(WMAP) 、Sloan数字巡天( SDSS)和最近的超新星( SN)等天文观测以其对宇宙学参数的精确测量,进一步强有力地支持了大爆炸宇宙学模型. 这在人类探索宇宙奥秘和物质基本结构的道路上无疑是一个光辉的成就. WMAP的结果告诉我们,宇宙中普通物质只占4% , 23%的物质为非重子暗物质, 73%是暗能量, SDSS也给出类似的结果. 从物质基本结构的观点出发,普通的物质,如树木、桌子以及我们人类本身,是由分子、原子构成. 然而分子、原子不是最基本的,目前已知的基本粒子是由粒子物理标准模型所描述的夸克和轻子以及传递相互作用的规范玻色子. 什么是暗物质呢? 暗物质是不发光的,但是它有显著的引力效应. 比如,对于一个星系考虑距其中心远处的旋转速度,如果物质存在的区域和光存在的区域是一样的话,由牛顿引力定律可知,距离中心越远,速度应该越小. 可是天文观测事实不是这样的,这就说明当中有看不见的暗物质. 目前各种天文观测和结构形成理论强有力地表明宇宙中有大约三分之一是暗物质. 中微子是一种暗物质粒子, 但WMAP和SDSS的结果说明,它的质量应当非常小,在暗物质中只能占微小的比例,绝大部分应是所谓的冷暗物质. 它们究竟是什么目前还不清楚. 理论物理学家猜测,至少有两个可能性,一个是轴子( ax2ion) ,另一个是中性伴随子( neutralino). 另外还有额外维空间理论中最轻的KK ( Kaluza - Klein)粒子.近年来,为了解决冷暗物质在小尺度上可能的疑难而提出了相互作用暗物质[ 1 ] 、温暗物质等. 轴子是由罗伯特·派切(Roberto Peccei) 和海伦·奎因(Helen Quinn)为解决强相互作用中的电荷共轭-宇称(CP)破坏问题而引进的. 中性伴随子是超对称理论中的最轻的超对称伴随子,它是稳定的,在宇宙演化过程中像微波背景光子一样被遗留下来. 另外,这种暗物质粒子也可由一些超重粒子或宇宙相变过程产生的一些拓扑缺陷(如宇宙弦)衰变而产生[ 2 ] .目前世界各国科学家,例如中国和意大利科学
基于观测对宇宙学模型及暗能量相关问题的研究
基于观测对宇宙学模型及暗能量相关问题的研究大爆炸(Big Bang)宇宙学被认为有三大实验基石：Hubble膨胀,原初核合成和宇宙微波背景辐射(CMB)。在这三大实验事实之上,基于宇宙学原理和广义相对论,标准宇宙学模型便基本建立了起来。 一方面,它给出了一个随时间演化的均匀各向同性的背景宇宙,背景宇宙的演化由尺度因子来描述,尺度因子的演化遵守Friedmann方程。另一方面,现代宇宙学认为真实的宇宙是一个存在扰动的宇宙：宇宙的时空存在微小的不均匀性,宇宙中的物质分布存在结团性。 一个在背景之上存在微小涨落的宇宙可以通过线性扰动理论来描述。今天宇宙中如此多复杂结构的存在都是原初宇宙的密度扰动由于引力不稳定性演化而形成的,而原初宇宙的密度扰动的产生可以用暴涨理论给予解释。 暴涨理论认为,极早期的宇宙是高度的均匀各向同性的。在能标大约 1015GeV时候,宇宙经历了一次十分短暂的加速膨胀过程。 在此期问的产生的微观尺度上真空量子涨落被迅速拉出视界,从而在宏观尺度上冻结成为了经典的原初扰动。随着观测设备的改善和观测技术的提高,目前宇宙学的研究已经进入了精确时代。 精确时代的宇宙学研究体现在能够利用较精确的宇宙学观测数据实现对宇宙学模型参数的较精确测量。在这个阶段,观测宇宙学取得了一系列进展。 其中十分有意义的有两件事：a.1998年利用较远的Ia型超新星数据(SNIa)确定了宇宙在加速膨胀,这暗示了暗能量的存在；b. COBE之后的两代CMB各向异性测量卫星WMAP和Planck精确的给出了宇宙背景微波辐射涨落的角功率谱,这使得我们可以细致的对宇宙早期的物理过程进行研究。目前来自宇宙微波背景
暗物质暗能量的理论研究和实验预研
项目名称：暗物质暗能量的理论研究和实验预研首席科学家：吴岳良中国科学院理论物理研究所起止年限：2010年1月-2014年8月 依托部门：中国科学院
一、研究内容 拟解决的关键科学问题和主要研究内容包括： 本项目围绕暗物质和暗能量本质开展理论研究和实验探测的可行性分析, 充分利用已有的研究基础，从以下五个方面开展深入系统的研究： 1、暗物质的理论研究及相关新物理唯象 研究各种新物理模型，包括最小超对称模型及其变种和推广模型，额外维度模型，Little Higgs模型，各种类型的Hidden Sector模型，标准模型的最小推广（多个Higgs模型）中WIMP暗物质的湮灭及衰变过程的性质。在满足暗物质剩余丰度的条件下研究其湮灭或衰变产物，如正电子，反质子，高能中微子，光子的信号特点，为空间间接探测实验提供理论依据。同时重点关注未来实验可能观测到的高能中微子及光子信号。在对现有实验结果的研究中,由于PAMELA 没有观测到反质子的超出，这表明暗物质的主要湮灭道为带电轻子而非规范粒子或夸克，这就给一些暗物质模型如最小超对称模型带来了一定的困难。对此，需要对模型的参数空间进行更详细的研究。同时，也需进一步研究构造以轻子为主要湮灭道的理论模型。另一方面，为了解释PAMELA和ATIC上观测到的正负电子超出，暗物质在地球附近的密度分布要比通常由热力学残余丰度给出的大出2-3个数量级。如何构造模型能同时满足这两方面的要求是研究的重点之一，将首先研究已知的可能解释实验现象的一些机制，如量子索末菲效应和共振态增强效应等。 寻找和发展更有效探测暗物质的方法。通过对自旋相关与自旋无关的散射截面确定暗物质的基本属性。研究DAMA实验的正结果和其它实验如CDMS和Xenon 给出的零结果是否一致及其它们的物理原因。鉴于DAMA的实验结果，探寻可能存在的统一解释目前所有直接探测实验结果的暗物质－核子相互作用机制。研究非弹性散射和测量仪器靶物质的相关性等。 综合正负电子对撞机LEP上的Z产生和衰变，希格斯粒子质量限制，额外规范粒子的研究，及低能实验如μ子反常磁矩，b→sγ，B →μ+μ-和味道改变中 s
暗物质与暗能量在现代物理学中的意义
暗物质与暗能量在现代物理学中的意义 《自然杂志》１９卷４期的‘探索物理学难题的科学意义'的９７个悬而未决的难题：２ ８．宇宙中的暗物质是由什么粒子构成的？ 美籍华人著名的物理学家、诺贝尔奖金获得者李政道把“一些物理现象理论上对称，但实验结果不对称”、“暗物质问题、暗能量问题”、"类星体的发能远远超过核能，每个类星体的能量竟然是太阳能量的1015倍"、“夸克禁闭”称为是21世纪科技界所面临的四大难题.“暗物质是笼罩20世纪末和21世纪初现代物理学的最大乌云，它将预示着物理学的又一次革命.” 现代宇宙学观测表明宇宙中存在暗物质和暗能量.但是它们的起源仍然是个谜.我们能找到的普通物质仅占整个宇宙的4%，各种测算方法都证实宇宙的大部分是不可见的.要说宇宙中仅仅就是暗色尘云和死星体是很容易的，但已发现的有力证据说明，事实并非如此.正是对宇宙中未知物质的寻找，使宇宙学家和粒子物理学家开始合作，最有可能的暗物质成分是中微子或其它两种粒子：neutralino和axions（轴子），但这仅是物理学的理论推测，并未探测到，据认为这三种粒子都不带电，因此无法吸收或反射光，但其性质稳定，所以能从创世大爆炸后的最初阶段幸存下来. 杨振宁讲：“所谓暗物质、暗能量就是非常稀奇的事物，这里面我想是可能引出基本物理学中革命性的发展来的…… 假如一个年轻人，他觉得自己一生的目的就是要做革命性的发展的话，他应该去学习天文物理学.” 在新世纪之初，美国国家研究委员会发布研究报告，列出了在新世纪需要解答的11个与宇宙有关的难题，并同时建议美国政府的研究机构加强协调，集中资源为这些难题寻找答案.这份题为《建立夸克与宇宙的联系：新世纪11大科学问题》的报告，是由19位权威物理学家和天文学家联合执笔.科学家们在报告中认为，暗物质和暗能量应该是未来几十年天文学研究的重中之重.“什么是暗物质”和“暗能量的性质是什么”，在报告所列出的11个大问题中分列为第一位和第二位. 李政道教授曾多次指出：“暗物质是笼罩20世纪和21世纪初现代物理学的最大乌云，它将预示着物理学的又一次革命.” 李政道指出：“20世纪初的大问题是太阳能的来源；21世纪初的大问题是暗能量的来源”，“了解暗物质和暗能量，是人类在21世纪科学的大
宇宙中的名词解释
宇宙中的名词解释 宇宙 四方上下为之“宇”指的是空间；古往今来为之“宙”指的是时间。那么“宇宙”指的就是我们说的时空。也可以说是“天地万物总称”。 1、宇宙是时间和空间的总和，是由各种形态的物质构成的，是在 不断运动变化的。就是天地万物的总称。 2、宇宙是无限的，但是人类所能认识到的宇宙却是有限的。目 前，人类所能观测到的最大宇宙范围为150亿光年，这样的宇 宙，在空间上有边界，时间上有起源。 天体 1、天体是宇宙间物质存在的形式，宇宙间的天体都在运动着，运动着的天体因互相吸引和互相绕转，从而形成天体系统。万有引力和天体的永恒运动维系着它们之间的关系，组成了多层次的天体系统天体系：总星系（指的是我们利用现在的设备，所能观测到的空间尺度，大约在150亿—200亿光年）——超星系团（若干星系团集聚在一起构成的更高一级的天体系统，通常在一个超星系团内只含有2～3个星系团。）——星系团或星系群（通过大望远镜已经发现了上千亿个星系，它们并不是孤立地分散在宇宙之中，而是聚集起来形成一个个集团，由星系、气体和大量的暗物质在引力的作用下聚集而形成的庞大的天体系统就是星系团）。——恒星系（银河系和河外星系，由无数本身能发光发热的天体（及恒星）所组成的集合体。恒星系或
天体类型比较表
宇宙的认识和组成：美国匹兹堡大学斯克兰顿博士领导的一个多国科学家小组宣布，他们借助美国“威尔金森微波各向异性探测器”简称WMAP）的观测数据（观测宇宙微波背景辐射的微小变化），发现了暗能量存在的直接证据。作为“大爆炸”的“余烬”，宇宙微波背景辐射大约在“大爆炸”后38万年产生，其中的光子在宇宙中穿行时会经历一系列物理过程，特别是在经过质量较大的星系时，这些光子将遭遇“引力陷阱”。探测结果显示，宇宙年龄约为137亿年，宇宙由23％的暗物质，73％的暗能量，4％的普通物质组成。宇宙中所占比例最多的东西反而是人类最迟也是最难了解的，至今仅知道它们存在着，但还不清楚它们的性质。 暗物质(包括暗能量)被认为是宇宙研究中最具挑战性的课题，它代表了宇宙中90%以上的物质含量，而我们可以看到的物质只占宇宙总物质量的10%不到(约5％左右)。暗物质无法直接观测得到，但它却能干扰星体发出的光波或引力，其存在能被明显地感受到。科学家曾对暗物质的特性提出了多种假设，但直到目前还没有得到充分的证明。 暗物质存在的证据——大约65年前，第一次发现了暗物质存在的证据。当时，弗里兹·扎维奇发现，大型星系团中的星系具有极高
万有引力定律在宇宙探索中的运用
万有引力定律在宇宙探索中的运用 宇宙探索是当前科学研究的重要前沿课题.宇宙究竟从何而来? 天体究竟如何演变? 占宇宙总质量90%以上的暗物质究竟是什么?人类对宇宙奥秘的探索从未停止过,随着宇 宙航行、宇宙探测等技术的发展,人类对宇宙的认识越来越深入.运用万有引力定律可以解决天体运动与宇宙探索中的许多热点问题,现举例如下: 一、宇宙的大小 例1已知物体在地球上的脱离速度v=■(第二宇宙速度),其中M 、R分别是地球质量、地球半径,万有引力恒量 G=6.67×10-11 N?m2/kg2.在目前天文观测范围内,物质的平均密度为10-27kg / m3,如果认为我们的宇宙是这样一个均匀大球体,其密度使得它的脱离速度大于光在真空中的速度c(光速c=3×108m/s),因此,任何物体都不能脱离宇宙,问宇宙的半径至少为多大? 解析:把宇宙视为一个普通天体,则质量是M=ρ?■πR3,其脱离速度v=■,据题意 v>c,由以上三式得R>c■,代入数据得:R> 4.01×1026m. 二、宇宙中的暗物质 宇宙中的暗物质是不能直接观测到的,暗物质来自于螺旋星系或星系团,它们绕自身中心高速旋转而没有飞散出去,
它们自身质量产生的引力是不能够把它们集合在一起的,其中必定存在着暗物质,它的吸引力足以把这些旋转的星系牢牢抓住. 例2现根据对某一双星系统的光学测量,确定该双星系统中每个星体的质量都是M,两者相距为L,它们正围绕两者连线的中点做圆周运动,若实验观测到双星运动周期为T′,双星实际运动周期为T,得T'∶T=1∶■(N >1).为了解释观测周期T′和双星运动周期T的不同,目前有一种流行的理论认为:在宇宙中可能存在一种望远镜观测不到的物质――暗物质.作为一种简化的模型,我们假定在以这两个星体连线为直径的球体内均匀分布这种暗物质,且不考虑其他暗物质的影响,试根据这一模型和上述观测结果,确定该星系间这种暗物质的密度. 解析:由观测结果得,星体的运动周期T′=■T
《暗物质是怎样一种神奇的存在》阅读练习及答案
(三)阅读《暗物质是怎样一种神奇的存在》，完成12-13题。(6分) ①暗物质是怎么被发现的？20世纪30年代初，美国加州理工学院的天体物理学家兹威基第一个发现，宇宙中可见物质远远不足以把宇宙连成一片，如果不是存在一种神秘而不可见的物质，星系早就分崩离析。 ②科学家把这种看不见的神秘物质称为“暗物质”。到了20世纪70年代，多种天文观测，比如盘星系的旋转曲线、星系团Ｘ射线观测、引力透镜等都显示了暗物质的存在。但直到现在还没有确定的暗物质信号被探测到。 ③虽然科学家们还不知道暗物质究竟由什么构成，但通过观测它如何影响普通物质，并模拟它的引力效应，还是对它有了一些了解： ④宇宙中95％以上是暗物质和暗能量，暗物质占26.8％。暗物质不发光、不发出电磁波、不参与电磁相互作用，它无法用任何光学或电磁观测设备直接“看”到。 ⑤暗物质难以探测，还在于它密度小、速度快，难以捕捉。科学家测算，暗物质粒子每秒的运动速度为220千米，是56式半自动步枪子弹出膛速度的300倍。 ⑥暗物质应该 ．．来自于宇宙大爆炸。在宇宙早期某一个时刻，宇宙温度非常高，粒子能量非常强，它们剧烈碰撞，在这种相互作用下，包括暗物质在内的各种各样的物质由此产生。 ⑦宇宙的结构与暗物质有关。由于暗物质和它自己以及其他物质不发生除了引力以外的作用，它是促使宇宙膨胀时在自身引力下形成特定结构的首要物质类型。暗物质播下了宇宙丝状结构的种子，随后可见物质才聚集在一些由暗物质建立起来的引力点上，并最终形成了星系。 ⑧暗物质对生命来说是绝不可少的。假如没有暗物质的引力作用，我们所在的银河系将永远无法在宇宙大爆炸后的膨胀过程中坍缩形成。那样的话，现在既没有太阳，也没有地球，更没有你我…… ⑨由于人类还不了解暗物质，不得已才称它们“暗”，一旦发现了它们是什么，并且随着研究的深入，新发现的粒子就会有很多名字。“暗”只是阶段性的名字，也充分体现了人类还不了解它。 ⑩对于找到暗物质，科学家已经等待了数十年。通过一系列实验和观测，科学家们或许距离破解暗物质这个宇宙谜团只有一步之遥了。 12.阅读全文，你认为暗物质神奇在哪些方面？（2分） 13.根据要求完成下列两小题。（4分） （1）说说第⑤段画线句的表达效果。（2分）
暗物质和暗能量简介
暗物质和暗能量简介 摘要：自现代宇宙科学研究提出了宇宙中可能存在暗物质和暗能量的推测后，找寻暗物质和暗能量存在的证据就成为当今天文学研究的热点课题。 关键词：暗物质暗能量 自现代宇宙科学研究提出了宇宙中可能存在暗物质和暗能量的推测后，找寻暗物质和暗能量存在的证据就成为当今天文学研究的热点课题。依据对暗物质和暗能量不同特征的认识，科学家提出了许多的看法，观点各异，表述各异。现在暗物质和暗能量给我们留下了许多未解之谜。 首先我们先来了解一下暗物质。 简而言之暗物质就是看不见的物质。物理学上给出的系统性的定义如下：“由天文观测推断存在于宇宙中的不发光物质。由不发光天体、晕物质、以及非重子中性粒子组成。” 在宇宙学中，暗物质是指那些自身不发射电磁辐射，也不与电磁波相互作用的一种物质。 暗物质是不发光的，但是它有显著的引力效应。人们目前只能通过引力产生的效应得知宇宙中有大量暗物质的存在。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。比如，对于一个星系考虑距其中心远处的天体的旋转速度，如果物质存在的区域和光存在的区域是一样的话，由牛顿引力定律可知，距离中心越远，速度应该越小。可是天文观测事实不是这样的，这就说明当中有看不见的暗物质。目前各种天文观测和结构形成理论强有力地表明宇宙中有大约三分之一是暗物质。中微子是一种暗物质粒子，但WMAP和SDSS的结果说明，它的质量应当非常小，在暗物质中只能占微小的比例，绝大部分应是所谓的中性的弱作用重粒子。它们究竟是什么目前还不清楚。理论物理学家猜测，它们可能是超对称理论中的最轻的超对称粒子，是稳定的，在宇宙演化过程中像微波背景光子一样被遗留下来。目前世界各国科学家，例如中意科学家合作组DAMA实验，丁肇中先生领导的AMS实验，正在进行着各种加速器和非加速器实验，试图找到这种暗物质粒子。 同时2009年12月21日，科学家在Souden煤矿中发现暗物质，这是迄今为
对暗能量探测的实验研究
华中科技大学广义相对论期末作业 考生姓名程源 考生学号 M201370163 系、年级物理学院2013级 类别硕士生 考试科目广义相对论 考试日期 2013年12月26日
对暗能量探测的实验研究 摘要：自1998年发现宇宙的加速膨胀以来,大量的天文观测显示宇宙中存在压强为负的暗能量成分。暗能量已经成为目前宇宙学和理论物理的最重要的研究课题之一。暗能量的存在改变了人们对物质在宇宙中所起作用的认识，本文详细介绍了暗能量的几种理论模型，以及近年来各种实验数据对暗能量的证实，以及新的构想去证明暗能量的存在。 关键词：暗能量加速膨胀理论模型 一引言 暗能量的存在改变了人们对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；如果考虑暗能量,情况就完全不同。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,但这已成为过去；现在宇宙的未来将由暗能量的特性所决定,因此研究暗能量的本质属性是当前宇宙学研究的一项重要任务。 宇宙学作为一门观测科学,起源于20世纪20年代初。随着探测技术,特别是空间探测技术的发展,新一代高精度的气球、望远镜和卫星等实验数据的空前积累极大丰富了人们对宇宙的认识；尤其是2003年、2006年和2008年三次公布的威尔金森各向异性探测器(WMAP)的观测结果[1],以及斯隆数字巡夭(SDSS)等结果的出现,精确给出大多数宇宙学参数的测量结果,并最终建立起了当代宇宙学的标准模型一大爆炸+暴涨+ACDM模型.该模型认为,现在宇宙中的成分包括:约73%的暗能23%的暗物质(主要是冷暗物质)4%左右的重子物质,以及少量的光子和中微子。其中未知的暗能量和暗物质是现在宇宙的主要组分,这是当代宇宙观测给出的最重要最出人意料的结果。另外该模型认为在宇宙的极早期,大爆炸开始之后宇宙存在一个急速膨胀阶段,即暴涨阶段,该阶段抹平了早期宇宙存在的各种不均匀性并且留下了后来宇宙结构形成的种子[2]。 二暗能量的简介
科普 暗物质支配宇宙 英语短文
科普： 暗物质支配宇宙（英语短文＋翻译） 2009年11月3日星期二 Dark Forces Dominate(支配) Universe 暗物质支配宇宙 The Earth，moon，sun and all visible stars in the sky make up less than one percent of the universe 月亮，太阳和天空上所有的可见星占宇宙的比例不到1％.Almost all the rest is dark matter and dark energ own forces that puzzle astronomers．其余的都是另天文学家迷惑的暗物质,暗能量和未知的力量. Observations in recent years have changed the basic understanding of how the universe evolved（发展进化）and have emphasized（强调）for astronomers how little is known about the majo s and substances that shaped our world．最近几年的观察资料已经改变了宇宙如何进化发展发展的基本观点,而且强学家对世界的主要力量和物质发展所知甚少. Astronomers now know that luminous（发光的明亮的）matter-stars．planets and hot gas accounts for out 0.4 percent of the universe．Non luminous components such as black holes and intergalactic gas，up 3.6 percent．The rest is either dark matter, about 23 percent，or dark energy, about 73 percent．天现在知道发光的恒心和热气仅仅占宇宙的0.4％.不发光的黑洞和银河间的气体占宇宙了3.6％.其余的就是暗物质3％,暗能量占73％. Dark matter, sometimes called “cold dark matter,” has been known for some time. Only recently have chers come to understand the pivotal（关键）role it played in the formation of stars．planets and eve le．“We owe our very existence to dark matter,” said physicist Paul Steinhardt and a co-author of a re n dark matter which appeared not long ago in the journal Science．暗物质也就"冷暗的物质",它被人们知有一些时间了.仅仅是最近才有研究人员理解了暗物质在星体中所起的关键作用.我们的生活多亏了暗物质的存在学家Paul Steinhardt 和他的合作者在不久前出版的科学杂志上说. Steinhardt said it is believed that following the Big Bang（宇宙大爆炸），the theoretical beginning of th erse，dark matter caused particles（粒子）to clump together．That set up the gravitation（地心吸力，力）processes that led to the formation of stars and galaxies（星系）．Those stars，in turn，created t c chemicals，such as carbon and iron．that were fundamental to the evolution（进化）of life．Steinh 宇宙被认为是在一次宇宙大爆炸中产生的,在宇宙理论的诞生之处,暗物质时粒子结合在一起.它们在万有引力的作形成星星和星系.这些星系又创造了基本的化学物质.象炭和铁.这些是生命进化的基础. “Dark matter dominated the formation of structure in the early universe．”Steinhardt said．“For the first llion years dark matter contained most of the mass of the universe．You can think of ordinary matter oth of an Ocean of dark matter．The dark matter clumps and the ordinary matter falls into it．That le e formation of the stars and galaxies．”Without dark matter,“there would be virtually no structures in th erse．”暗物质支配着早期宇宙的结构和形式,Steinhardt说.在最初的几十亿年里,暗物质在宇宙中比例很大.你可以通的物质就象是在暗物质的海洋里的气泡.暗物质和普通物质容在一起.这是银河和星系的基础.没有暗物质就没有