宇宙中的暗物质是什么
宇宙中的暗物质是无法通过电磁波的观测进行研究,也就是不与电磁力产生作用的物质。暗物质的存在可以解决大爆炸理论中的不自洽性,对结构形成也非常地关键。暗物质很有可能是一种(或几种)粒子物理标准模型以外的新粒子所构成。
对暗物质和暗能量的研究是现代宇宙学和粒子物理的重要课题。宇宙中最重要的成分是暗物质和暗能量,暗物质占宇宙25%,暗能量占70%,通常所观测到的普通物质只占宇宙质量的5%。
暗物质的发现过程。
最早提出“暗物质”可能存在的是天文学家卡普坦(JacobusKapteyn),他于1922年提出可以通过星体系统的运动间接推断出星体周围可能存在的不可见物质。
1932年,天文学家奥尔特(JanOort)对太阳系附近星体运动进行了暗物质研究。然而未能得出暗物质存在的确凿结论。1933年,天体物理学家兹威基(FritzZwicky)利用光谱红移测量了后发座星系团中各个星系相对于星系团的运动速度。
科学家确信一定有某种东西在维系星系的结构,这种东西,它不发射光,也不反射光,所以称作“暗”。
科学家们根据大量的天文观测,通过超级计算机进行海量计算,发现我们所熟知的“普通物质”占整个宇宙不到5%,另外大约25%是暗物质,70%是暗能量。
来自“普通物质”的重力不足使星系形成我们现在所见这样的结构,恒星间会更为松散,这将导致星系无法形成。从这个角度来讲,暗物质对于我们的宇宙是非常必要的。如果没有暗物质,我们现在生活的地球可以存在,但我们所处的银河系或许会解体,跟太阳类似的恒星排布不会像现在这么“紧密”,它们甚至会四处散布。
另一方面,如果暗物质也像“普通物质”一样是由微观粒子构成的,那么每时每刻都应该有大量的暗物质粒子穿过地球。
暗物质的发现史
20世纪初,相对论和量子理论的诞生拨开了物理学上空漂浮的两朵“乌云”(以太漂移和黑体辐射问题)。然而在20世纪末,人们发现,物理学的天空中又漂浮了两朵新的“乌云”,这就是暗物质和暗能量问题。
最早提出“暗物质”可能存在的是天文学家卡普坦,他于1922年提出可以通过星体系统的运动间接推断出星体周围可能存在不可见的物质。
暗物质存在的一个重要证据来自于20世纪70年代。美国女天文学家鲁宾惊讶的发现,在相当大的范围内星系外围的星体的速度是恒定的,这种情况完全不满足已经被无数次证明的引力定律。这意味着银河系中可能有大量的不可见物质存在,并且其质量远大于我们可见星体的质量总和。
到了20世纪80年代,科学家正式提出了“暗物质”这个名称。也是在这个时期,出现了一大批支持暗物质存在的新观测数据。根据爱因斯坦的广义相对论,大质量天体可以通过引力使时空发生扭曲,这一点已得到实验证明。
所以当光线通过大质量天体周围时,本来直线传播的光被引力给“吸弯了”。那么,如果暗物质真的存在,且质量很大的话,那么光线经过星系时会被弯曲得更加厉害,这样造成最终计算出的星系质量远比一般天文学观测方法测量的数值高,由此可以确定暗物质的存在。