暗物質(zhì)暗能量存在的依據(jù)

1、暗物質(zhì)、暗能量存在的依據(jù)暗物質(zhì)、暗能量存在的依據(jù) Jan Oort弗里茨茲威基最早提出證據(jù)并推斷暗物質(zhì)存在的是20世紀(jì)30年代荷蘭科學(xué)家Jan Oort與美國加州理工學(xué)院的瑞士天文學(xué)家弗里茨茲威基等人。 弗里茨茲威基觀測螺旋星系旋轉(zhuǎn)速度時，發(fā)現(xiàn)星系外側(cè)的旋轉(zhuǎn)速度較牛頓重力預(yù)期的快，故推測必有數(shù)量龐大的質(zhì)能拉住星系外側(cè)組成，使其不致因過大的離心力而脫離星系螺旋星系 由此，科學(xué)家推斷，螺旋星系中心必有神秘物質(zhì)的存在，并命名為暗物質(zhì)。 物質(zhì)：4.9%暗物質(zhì)：26.8%，暗能量：68.3%（質(zhì)能等價）探索暗物質(zhì)探索暗物質(zhì) 暗物質(zhì)暗物質(zhì)是指那些自身不發(fā)射電磁輻射，也不與電磁波相互作用的一種物質(zhì)。人們目前

2、只能通過引力產(chǎn)生的效應(yīng)得知宇宙中有大量暗物質(zhì)的存在。 暗能量是一種充溢空間的、增加宇宙膨脹速度的難以察覺的能量形式。 1915年，愛因斯坦根據(jù)他的相對論得出推論：宇宙的形狀取決于宇宙質(zhì)量的多少。他認(rèn)為:宇宙是有限封閉的。如果是這樣，宇宙中物質(zhì)的平均密度必須達(dá)到 。但是，迄今可觀測到的宇宙的密度，卻比這個值小100倍。大約65年前，第一次發(fā)現(xiàn)了暗物質(zhì)存在的證據(jù)。當(dāng)時，弗里茲扎維奇發(fā)現(xiàn)，大型星系團(tuán)中的星系具有極高的運動速度，除非星系團(tuán)的質(zhì)量是根據(jù)其中恒星數(shù)量計算所得到的值的100倍以上，否則星系團(tuán)根本無法束縛住這些星系。2006年，美國天文學(xué)家利用錢德拉X射線望遠(yuǎn)鏡對星系團(tuán)1E 0657-56進(jìn)行

3、觀測，無意間觀測到星系碰撞的過程，星系團(tuán)碰撞威力之猛，使得黑暗物質(zhì)與正常物質(zhì)分開，因此發(fā)現(xiàn)了暗物質(zhì)存在的直接證據(jù)。g / cm3035 10 宇宙大爆炸理論隨著時間的推移，宇宙的膨脹速度將因為物質(zhì)之間的引力作用而逐漸減慢。也就是說，距離地球相對遙遠(yuǎn)的星系，其膨脹速度應(yīng)該比那些近的星系慢一些。1998年，美國加州大學(xué)伯克利分校高級科學(xué)家索爾皮爾姆特以及澳大利亞國立大學(xué)布賴恩施密特分別領(lǐng)導(dǎo)的兩個小組，通過觀測發(fā)現(xiàn)，那些遙遠(yuǎn)的星系正在以越來越快的速度遠(yuǎn)離我們宇宙是在加速膨脹。科學(xué)家們將這種與引力相反的斥力來源，稱為“暗能量”。暗物質(zhì)的暗物質(zhì)的組成組成歷史上，人們依照其運動的速率將可能的暗物質(zhì)分為三個

4、大類冷暗物質(zhì)冷暗物質(zhì)：在古典速度下運動的物質(zhì)。溫暗物質(zhì)溫暗物質(zhì)：粒子運動速度足以產(chǎn)生相對論效應(yīng)。熱暗物質(zhì)熱暗物質(zhì)：粒子速度接近光速。 暗物質(zhì)一些理論解釋替代理論：暗物質(zhì)是目前在解釋各種星系及星系團(tuán)觀測結(jié)果上最熱門的理論重力理論修正：解釋星系自轉(zhuǎn)曲線等問題量子重力：企圖統(tǒng)一重力以及量子力學(xué)的理論典型的螺旋星系自轉(zhuǎn)曲線：預(yù)測的（A）和觀測的（B） 暗能量的組成及理論模型1998年年控控測了宇宙微波背景（測了宇宙微波背景（CMB）下擾動的大量樣本）下擾動的大量樣本從各個方向襲擊地球的持續(xù)的電磁聲波，他們認(rèn)為遙遠(yuǎn)的聲音是大爆炸之后的遺留輻射，得出的結(jié)論是：“宇宙常數(shù)”不等于0，可能的暗能量在整個宇宙中

5、所占比例還很大宇宙微波背景輻射圖像宇宙微波背景輻射圖像 （?。ㄇ∑绽灼绽捉穑怏w模型金）氣體模型圖示為宇宙中“暗物質(zhì)”第一個大規(guī)模分布圖的部分內(nèi)容，是利用在“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”迄今最大的一次勘測活動中獲得的圖像做成的。暗暗物物質(zhì)質(zhì)分分布布圖圖那么，暗物質(zhì)到底是什么呢？那么，暗物質(zhì)到底是什么呢？幾種暗物質(zhì)的探索 NO.1 暈族大質(zhì)量致密天體（ MACHOS），又名大質(zhì)量致密暈天體自19 90年來,MA C H O、E RO S 和 O G L E等合作組分別對 MA C H O 進(jìn)行 了 觀測,確 認(rèn) 了銀暈 中MAC H O 的存在,其質(zhì) 量 在 0.1一1.2倍的 太 陽質(zhì)量 之 間,占銀暈總

6、質(zhì)量 的30一50%. NO.2 WIMP(大質(zhì)量弱相互作用粒子)的尋找19851985年年以來以來, ,大質(zhì)量弱相互作用粒子大質(zhì)量弱相互作用粒子的的觀測研究逐漸觀測研究逐漸成為成為非非加速器物理最熱門的課題之一其探測加速器物理最熱門的課題之一其探測方法二方法二, ,即即 間接法間接法 和直接和直接 法法. .( (l l ) )間接法間接法大質(zhì)量弱相互作用粒子大質(zhì)量弱相互作用粒子被太陽被太陽、地球地球或銀暈或銀暈俘獲俘獲, ,湮湮 滅滅產(chǎn)產(chǎn)生次級粒子。間接生次級粒子。間接探測法探測法 即是通過探測次級粒子來確即是通過探測次級粒子來確 認(rèn)認(rèn)大質(zhì)量弱相互作用粒子大質(zhì)量弱相互作用粒子。(2 (2

7、) )直接法直接法此法此法是是 通通 過過探測探測大質(zhì)量弱相互作用粒子大質(zhì)量弱相互作用粒子與與靶核彈性靶核彈性 ( (非非彈性彈性) )散射信號直接散射信號直接探測探測大質(zhì)量弱相互作用粒子大質(zhì)量弱相互作用粒子. . NO.3 軸子的探測 軸子,是 為解決強(qiáng)作用中CP破壞而引人 的粒子,可能產(chǎn)生于宇宙早期。 軸子 的質(zhì)量 很 小,在 10-6eV一10 -3eV之 間,尋找它 的實驗很困難.通常的實驗 方 法 是借助 于軸子 在 強(qiáng)磁 場中轉(zhuǎn)化 為射線,通 過 此下射線在諧振腔 中產(chǎn)生的共振或與激光產(chǎn)生 的相 干效應(yīng)來確 認(rèn)軸子.已進(jìn)行的實驗 均 未 找 到軸子.較 大規(guī) 模 的實驗 (如L L

8、N L）和 日本（To kyo ) 還 在 進(jìn)行,人們期待著他們的結(jié)果。 現(xiàn)狀與展望現(xiàn)狀與展望目前國際上暗物質(zhì)探目前國際上暗物質(zhì)探測的實驗研究正處在測的實驗研究正處在蓬勃發(fā)展的階段蓬勃發(fā)展的階段, 未未來來10 年將是暗物質(zhì)探年將是暗物質(zhì)探測的測的黃金時代黃金時代。國際國際上，美歐日等都上，美歐日等都將暗物質(zhì)探測列為將暗物質(zhì)探測列為21 世紀(jì)重大科學(xué)研究的世紀(jì)重大科學(xué)研究的重點，國內(nèi)在最近中重點，國內(nèi)在最近中科院科院2050 創(chuàng)新規(guī)劃路創(chuàng)新規(guī)劃路線圖中，將暗物質(zhì)課線圖中，將暗物質(zhì)課題列為科學(xué)前沿問題題列為科學(xué)前沿問題的第一位。的第一位。中國錦屏地下實驗室中國錦屏地下實驗室我們的觀點毫無疑問，我

9、們認(rèn)為暗物質(zhì)、暗能量是存在的，并認(rèn)為它是人類窺視宇宙深處的窗口隨著人類對暗物質(zhì)和暗能量認(rèn)識的不斷深化, 甚至有可能改變我們對宇宙的根本看法, 在不遠(yuǎn)的未來，很可能形成新的理論體系。 我們堅信：隨著暗物質(zhì)、暗能量的發(fā)現(xiàn), 一方面將推動物理學(xué)定律研究自宏觀到微觀之后進(jìn)入宇觀, 另一方面, 必將推動物理學(xué)醞釀形成第五次大突破?；艚鹫f過“如果我們確實發(fā)現(xiàn)了一套完整的理論, 它應(yīng)該在一般的原理上及時讓所有人(而不僅僅是少數(shù)科學(xué)家) 所理解。 暗物質(zhì)的影響與意義暗物質(zhì)的影響與意義此外，此外，弄清弄清暗物質(zhì)、暗能量的本質(zhì)暗物質(zhì)、暗能量的本質(zhì), ,弄清它如何左弄清它如何左右宇宙的命運右宇宙的命運, ,確是一個當(dāng)代確是一個當(dāng)代難題