宇宙中的暗物质和暗能量
宇宙中的暗能量与暗物质分布
宇宙中的暗能量与暗物质分布宇宙是一个神秘而庞大的存在，在人们的探索中不断揭开它的秘密。
其中，暗能量与暗物质便是宇宙中最大的未解之谜之一。
暗能量与暗物质并非我们所熟悉的物质能量形态，它们的存在引起了科学家们极大的兴趣和愈发深入的研究。
首先，让我们来探讨一下暗物质的分布。
根据研究显示，宇宙中大约有27%的暗物质，其质量约是普通物质的五倍以上。
而暗物质的分布并非均匀的，而是具有一定的集中性。
观测结果表明，暗物质在宇宙中主要以团簇和网状结构的方式存在，形成了宇宙蜂窝状的密度分布。
这样的分布形态使得暗物质对于整个宇宙的结构形成起着重要的作用。
暗物质的引力作用使得普通物质聚集在一起，形成了星系、星系团等大型结构。
接下来，我们来谈谈暗能量的分布。
暗能量是一种理论上的概念，它被认为是推动宇宙加速膨胀的原因。
根据研究，大约有68%的宇宙是由暗能量构成的。
然而，科学家们对于暗能量的性质和分布了解甚少。
有一种假设是，暗能量是均匀的，随着宇宙的膨胀而保持不变。
这样的分布使得暗能量的影响在宇宙的大尺度上表现出来，推动了宇宙的加速膨胀。
但也有人提出了其他观点，认为暗能量可能并非均匀分布，而是存在着一定的局域性。
暗能量与暗物质的存在对于宇宙的演化有着深远的影响。
在宇宙诞生初期，暗物质的引力作用促进了普通物质的聚集，形成了星系等结构。
随着宇宙的不断膨胀，暗能量的负压效应逐渐增强，使得宇宙加速膨胀。
而暗物质和普通物质的相互作用，对宇宙的结构形成和演化产生了重要的影响。
然而，暗能量与暗物质的本质仍然是一个谜团。
科学家们正在开展各种实验和观测，希望能够揭开这个谜团。
例如，通过天文观测，科学家们试图寻找暗能量与暗物质的迹象和证据；通过粒子物理实验，他们希望能够探测到暗物质的性质。
这些工作必将对我们深入了解宇宙的本质提供重要的线索。
总之，宇宙中的暗能量与暗物质是宇宙起源和演化的重要组成部分。
暗物质以团簇和网状分布的形式存在，并通过引力作用影响宇宙的结构形成。
宇宙中的暗物质和暗能量
宇宙中的暗物质和暗能量在我们所熟知的宇宙中，暗物质和暗能量是两个神秘而又引人瞩目的概念。
它们是构成宇宙的重要组成部分，却又极其难以被观测和理解。
本文将探讨宇宙中的暗物质和暗能量，以及它们对宇宙演化的重要意义。
一、暗物质：宇宙中的隐形力量暗物质，顾名思义，是一种不发光、不与电磁波相互作用的物质。
在宇宙中，暗物质占据着绝大部分的比例，约占宇宙总质量的27%。
然而，我们却无法直接观测到暗物质，它宛如一个隐形的力量，只能通过间接的天文观测和理论推测来认识它的存在。
暗物质最重要的证据之一来自于星系旋转曲线的观测。
根据牛顿力学的理论，我们预期星系中的物体离开星系中心后速度会递减，但观测结果却显示了完全相反的情况。
星系的恒星和气体在远离中心的轨道上具有高速度，这表明星系中存在着额外的引力源。
暗物质被视为解释这种现象的最佳候选者，它通过引力相互作用影响着星系中的可见物质运动。
此外，宇宙微波背景辐射的研究也提供了暗物质存在的证据。
宇宙微波背景辐射是宇宙大爆炸后剩余下的热辐射，通过对其温度分布的观测研究，科学家们发现，只有假设存在暗物质，并通过暗物质的引力作用，我们才能解释宇宙背景辐射的密度涟漪分布。
暗物质的本质依然是一个谜，科学家们提出了一些理论模型来解释它的组成，如超对称理论和阿克西恩理论等。
然而，迄今为止，还没有观测实验能够直接揭示暗物质的本质。
对于暗物质的研究仍然是当前宇宙学的重要课题之一。
二、暗能量：加速膨胀的推动力暗能量是另一个神秘的存在，它是一种反重力效应的能量形式，可以推动宇宙的加速膨胀。
根据观测数据表明，暗能量占据了宇宙总质能的约68%，比暗物质还要更多。
暗能量的存在最早由对超新星爆发的观测研究得出，当大型星系团中的超新星爆发时，科学家们观测到远离中心的超新星亮度比预期要高，这可以解释为暗能量的推动效应，使得宇宙膨胀速度越来越快。
暗能量的性质和来源同样是一个谜。
一种被广泛接受的解释是，它是宇宙真空的一种属性，被称为“宇宙常数”。
宇宙的组成
宇宙的组成
宇宙的组成主要包括三种类型的物质和能量：普通物质、暗物质和暗能量。
普通物质：普通物质是我们能够直接观测到的物质，包括我们所熟知的恒星、行星、星系、星云等天体，以及构成它们的原子、分子等基本粒子。
普通物质主要由电子、质子、中子等粒子组成，占据了我们所能观测到的宇宙中的一小部分，约占宇宙总质量的5%。
暗物质：暗物质是一种无法直接观测到的物质，但通过其对周围物质的引力效应可以间接观测到。
暗物质不发光、不反射光线，不与普通物质相互作用，因此极难直接探测到。
然而，通过对星系旋转、星系团的运动等观测，科学家们推测暗物质占据了宇宙中约27%的质量密度。
暗能量：暗能量是一种未知的能量形式，被认为是引起宇宙膨胀加速的原因之一。
暗能量与暗物质一样，也是一种无法直接观测到的物质，但通过其对宇宙膨胀的影响可以间接观测到。
暗能量占据了宇宙中约68%的能量密度，是宇宙中主要的能量成分。
综上所述，宇宙的组成主要由普通物质、暗物质和暗能量组成，其中普通物质是我们能够直接观测到的物质，而暗物质和暗能量则是宇宙中神秘的成分，对于宇宙的演化和结构具有重要影响，但目前仍然充满了许多未解之谜。
1。
物理学中的暗物质与暗能量
物理学中的暗物质与暗能量暗物质与暗能量是物理学中一个极为重要的概念，也是关于宇宙存在的两个重要问题。
在人类对宇宙的探究中，我们了解到宇宙中只有大约5%的物质是可见的，剩下的95%是我们无法直接观测到的“暗物质”和“暗能量”。
那么，什么是暗物质和暗能量呢？它们为什么会在宇宙中存在？本文将为您详细解释相关的知识点。
一、什么是暗物质？暗物质指的是宇宙中一种不存在热电波辐射，无法被直接观测到的物质。
然而，它能够通过相互作用与可见物质组成宇宙的物质结构。
暗物质和可见物质的差别在于它们的组成物质不同：可见物质是由原子构成，而暗物质是由一些微弱粒子组成，这些粒子不与光子相互作用。
这也就是为什么我们无法直接观测到它们。
那么，为什么暗物质能够被推测出来呢？在爱因斯坦提出广义相对论之后，研究人员发现，行星的轨道和星系的运动与可见质量并不相符合。
也就是说，通过对星系运动的观测，我们知道了星系内除了可见物质之外，还有一些相当可观的物质质量存在，不断地影响星系的未来命运。
研究认为这些影响是由一些我们无法观测到的物质——暗物质引起的。
暗物质存在的证据还包括通过宇宙微波背景辐射的观测，研究者发现，在宇宙早期的膨胀中，暗物质扮演了很重要的角色。
二、什么是暗能量？与暗物质相对应的就是暗能量。
相对于暗物质而言，暗能量更加神秘、难以理解。
在物理学中，暗能量指的是导致现代宇宙加速膨胀的一种能量，这种能量占宇宙总体能量的近七成。
人类对暗能量的探究其实也可以追溯到20世纪初期爱因斯坦提出广义相对论之后。
当时爱因斯坦引入了一个问题：为什么宇宙不会收缩呢？此后许多学者认为，暗能量是爱因斯坦“宇宙常数”的一种形式，用于解释宇宙不断膨胀的情况。
但是，迄今为止，我们对这种能量仍不是完全理解，因此我们称之为暗能量。
三、暗物质和暗能量的差别所在虽然暗物质和暗能量都是我们不可见的能量，但它们在本质上是有所不同的。
暗物质是存在于宇宙中的大量的物质，这种物质只能用重力作用来推测它们的存在，但是它们的存在足够强大可以影响宇宙的演化方向。
天文学概念知识：宇宙学中的暗物质和暗能量的物理意义
天文学概念知识：宇宙学中的暗物质和暗能量的物理意义在宇宙学研究中，暗物质和暗能量是两个极其重要的概念。
它们对于我们理解宇宙的演化和结构都有着至关重要的意义。
本文将从物理意义和研究进展两个方面来探讨暗物质和暗能量的相关问题。
一、物理意义1.暗物质暗物质是宇宙中一种尚未被发现的物质，因其不与电磁波相互作用，所以不能被直接观测到。
目前，对于暗物质的存在、组成、性质等还存在很多未知的问题。
但通过对宇宙学和天体物理学的研究，我们可以借助间接观测的手段，来推测暗物质存在的证据。
暗物质的物理意义，在于它对宇宙的形成和演化起到了重要的作用。
宇宙的加速膨胀、星系的旋转速度、星系团的质量、宇宙微波背景辐射等现象，都表明暗物质存在，并且它是构成宇宙90%以上物质的主要组成部分。
只有理解暗物质，我们才能更好地研究宇宙的结构和演化，推理宇宙的结构演化史和未来的发展方向。
2.暗能量暗能量是宇宙中一种压强为负的能量形式，它的存在使得宇宙加速膨胀。
相比之下，普通的物质（如可见星系中的星体、尘埃和气体等）和辐射（如宇宙射线、X射线、光、微波辐射等）对宇宙的加速膨胀都是起减速作用的。
目前，对于暗能量的本质还没有达成共识，它的产生和由何种粒子、能级等组成依然存在着很多科学家的争议。
暗能量的物理意义，在于它对宇宙学研究及宇宙的演化方向产生了重大影响。
它是宇宙演化的基础性驱动力，改变了宇宙膨胀的性质，推动了未来的宇宙演化，影响了宇宙的总体结构。
加速膨胀的宇宙具有不同于减速膨胀（或收缩）宇宙的性质，这意味着对于宇宙与普遍理论的关系、物理规律的变化和宇宙结构的表现等都带着新的挑战和机遇。
二、研究进展1.暗物质经过几十年的研究，暗物质的存在已经被普遍接受，并在很多宇宙学理论和模型中被广泛应用。
但暗物质的本质至今仍然未被确认。
目前，关于暗物质性质的研究主要有两种思路：一是探测暗物质的粒子性质（暗物质粒子研究），二是通过观察宇宙的结构和演化，对暗物质的性质做出推测（宇宙学研究）。
暗物质与暗能量
暗物质与暗能量什么是暗物质暗物质（Dark Matter）是一种比电子和光子还要小的物质，不带电荷，不与电子发生干扰，能够穿越电磁波和引力场，是宇宙的重要组成部分。
暗物质的密度非常小，但是数量非常庞大。
自从牛顿发现了万有引力定律以来, 人们就一直尝试用引力理论来解释各种天体的运动规律, 在这个过程中, “暗物质”的概念很早就已经形成了。
现代意义下的暗物质概念是瑞士天文学家家弗里兹·兹威基（Fritz Zwicky）早在1933 年研究后发星系团中星系运动的速度弥散时就提出来了。
他根据所测得的星系速度弥散并应用维理定理得到了后发星系团的质光比, 发现其比太阳的质光比要大400 倍左右。
1934 年，他在研究星系团中星系的轨道速度时，为了解释“缺失的物质”问题而正式提出了暗物质的概念．但当时并没引起太多的关注，直到40 年后，人们在研究星系中恒星的运动时遇到类似的困难: 人们发现如果仅考虑可见( 发光) 物体彼此之间的相互吸引力，那么各式各样的发光天体( 包括恒星、恒星团、气状星云，或整个星系) 运动的速度要比人们预想的快一些。
暗物质存在最直接的证据来自于漩涡星系旋转曲线的测量。
通常测量的旋转曲线在距离星系中心很远的地方会变平, 并且一直延伸到可见的星系盘边缘以外很远的地方都不会下降。
如果没有暗物质存在, 很容易得到在距离很远的地方旋转速度会随距离下降: v(r)= GM(r)! r ∝1!r因此, 平坦的旋转曲线就意味着星系中包含了更多的物质。
2003 年，Wilkinson 微波背景各向异性探测( 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，进一步有力地证实了暗物质的存在．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．最新数据显示，在宇宙能量构成中，暗能量占72%，暗物质占23%，重子类物质只占了5%左右．暗物质的探测暗物质的探测可以分为如下3 种方法。
宇宙学中的暗物质与暗能量
宇宙学中的暗物质与暗能量宇宙学是一门研究宇宙的起源、演化和结构的学科，它涉及到诸如宇宙的扩张和加速、星系和星系团的形成和发展、宇宙的大尺度结构、宇宙微波背景辐射等方面。
在宇宙学的研究中，暗物质和暗能量是非常重要的概念。
它们无形无色，却在宇宙的演化中扮演着至关重要的角色。
一、暗物质暗物质是指一种不与光发生相互作用的物质，因此无法直接观测到。
然而，通过引力作用可以探测到暗物质的存在。
宇宙学家研究星系和星系团的旋转速度、星系和星系团之间的引力透镜效应、宇宙微波背景辐射等现象，发现它们都无法被光学和电磁波天文观测所解释，仅有暗物质的存在才能解释这些现象。
暗物质的质量大约占宇宙总质量的27%，与可观测的物质比例相当。
这意味着，我们目前只能看到宇宙的约5%，剩下的95%都是暗物质和暗能量。
暗物质的具体组成至今仍不清楚，但天文学家提出了一些假说。
其中一个假说是暗物质由一种尚未被发现的粒子组成，称为WIMP（Weakly Interacting Massive Particles），它不参与强相互作用和电磁相互作用，但参与弱相互作用，如Z玻色子和中微子。
WIMP假说是目前最有说服力的假说之一，科学家正在进行相关实验进行探测。
二、暗能量暗能量是指一种未知的、占据宇宙总能量的约68%的能量，它的存在也是通过宇宙学的研究证实的。
暗能量被认为是引起宇宙加速膨胀的物质，与暗物质的引力作用相反，暗能量会加速宇宙的膨胀，让宇宙的膨胀速度越来越快。
暗能量的性质同样不为人所知，但由于它的存在是为了解释宇宙大规模结构的演化，因此它可能是一种能够填满整个宇宙的场。
暗能量的最具代表性的模型被称为ΛCDM模型，其中Λ表示宇宙学常数，CDM表示冷暗物质。
这个模型可以非常好地解释宇宙的性质，但它的一些基本概念，比如宇宙学常数和暗能量的物理本质，目前仍未得到深刻的理解和解释。
三、研究进展宇宙学中的暗物质和暗能量是极为重要的研究领域，比如暗物质的探测、暗能量的本质等问题都是目前宇宙学中研究的热点。
暗物质与暗能量
暗物质与暗能量导言：暗物质与暗能量是当今天文学领域中备受关注的热门话题。
它们是构成宇宙的重要组成部分，能够影响到宇宙的演化和结构形成。
本文将深入探讨暗物质与暗能量的概念、性质以及它们对宇宙演化的影响。
一、暗物质的概念与性质1.1 暗物质的定义暗物质是一种无法直接探测到的物质形式，不与电磁辐射相互作用，因此无法在实验室中观测到。
然而，通过对天体运动的观测和宇宙背景辐射的分析，科学家们认为暗物质存在于宇宙中，占据着巨大的比例。
1.2 暗物质的组成目前，科学家还不清楚暗物质的确切组成。
理论上，暗物质可能由一种或多种新型粒子组成，这些粒子与我们熟知的基本粒子不同。
暗物质粒子所具有的性质，仍是科学探索的课题。
1.3 暗物质的重要性虽然暗物质不直接与电磁辐射相互作用，但它通过引力与其他物质相互作用，对宇宙的演化产生了巨大的影响。
暗物质的引力作用维持着星系的稳定、决定了星系的形态结构，并在宇宙大尺度结构的形成过程中发挥重要作用。
二、暗能量的概念与性质2.1 暗能量的定义暗能量是一种解释宇宙加速膨胀现象的假设能量。
它是存在于宇宙各处的均匀能量场，填满了整个宇宙空间。
2.2 暗能量的特点暗能量具有负压力，这种压力表现为负的引力效应，使得宇宙膨胀加速。
暗能量的密度是恒定的，因此随着宇宙的膨胀，暗能量会不断增加。
2.3 暗能量的研究意义暗能量的存在及其引起的宇宙加速膨胀现象仍然是科学难题。
科学家们希望通过深入研究暗能量的性质，揭示宇宙的演化规律，推动宇宙学理论的发展。
三、暗物质与暗能量的关系与影响3.1 暗物质与暗能量的对比虽然暗物质与暗能量都是宇宙中未知的成分，但它们在多个方面存在显著差异。
暗物质通过引力影响星系尺度结构的演化，而暗能量则主要影响宇宙的整体膨胀。
3.2 暗物质与暗能量的共同作用虽然暗物质与暗能量的性质不同，但它们的作用共同影响着宇宙的演化：暗物质的引力凝聚了可观测物质和星系结构，而暗能量则促使宇宙膨胀加速。
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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：xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx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[ 1 ] Spergel D N, Steinhardt P J. 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