假設確定暗物質不存在,是不是還有其它方式來解釋星系旋轉曲線圖與實際圖的區別

2022-03-02 16:51:14 字數 5323 閱讀 5522

1樓:

暗 物 質

宇宙的組成是什麼?在宇宙中,除了人們常見的各種發光的星球、星系、星系團、類星體……等等發光的天體,是否還存在著不發光的天體,或物質?

在宇宙中是否還存在不發光物質、不發光的天體?這似乎是不成問題的問題。例如,在太陽的周圍有9大行星,有月亮這類的衛星。

這些行星或衛星自身並不發光,它們僅能反射光。其實,所謂發光物質只不過是這種暫時不發光的物質處在高溫、高壓環境的狀態而已。所以,在宇宙中是否存在不發光物質的問題,似乎是這些會發光物質所存在的狀態的問題,問題是它們在宇宙中所佔有的比重如何?

如果把宇宙中存在於不發光狀態的常見物質,如質子、中子、電子等佔發光狀態的比重問題,僅僅歸結為在其他星系中是否存在著行星、衛星等,那還不是十分重要的問題。因為9大行星加上可能的彗星,其總質量還不到太陽的1%,更為重要的是處在不發光狀態的常見物質,是否在總質量上比發光的星體多乙個量級,還是他們只佔微不足道的分量,或是彼此差不多,如此等等。因為這涉及天體或星系團演化的基本規律。

而更為重要的問題是,宇宙中是否除質子、中子、電子等"會"發光的物質以外,還存在著在原則上就不會發光的物質,或者說,它們自身不僅不能發光,而且也不會反射、折射或散射光,亦即對各種波長的光,它們都是百分之百的透明體!它們就是神秘的暗物質。

許多宇宙論學家認為,宇宙中會有佔90%以上暗物質的存在。如果宇宙中存在著那種原則上不能發光的非常見物質的暗物質,那麼,宇宙中包含的暗物質的多少,就決定了或至少是影響了宇宙是封閉宇宙還是開放宇宙。所謂封閉式的宇宙,就是指現今的宇宙膨脹達到相當長的乙個時間後(例如800億年),會由於萬有引力使宇宙由膨脹而收縮,這又稱為振盪式的宇宙;如果宇宙膨脹速度超過萬有引力所引起的阻力,而無限地膨脹下去,這就稱為開放式宇宙。

可見暗物質對宇宙的影響是非常大的。那麼,到底有沒有暗物質呢?

儘管暴脹宇宙論對暗物質問題提出了非常有趣的假說,但從天文觀測的角度說,這一可能存在有暗物質的假說,只不過是理論學家們的推測,在天文觀測上並沒有給出堅實的基礎。但是,近來,在10公尺的天文望遠鏡上進一步觀測遠河外星雲,測出其中的氘核和氫核的豐度的比值比過去所知的數值約大了一倍以上。從這一數值中已經可以確定在星系四周的"暈"中,必定有非常見物質形態形成的暗物質!

這是和暴脹宇宙論假定無關的,而僅由天文觀測值所直接得出的結論。就是說,宇宙中存在著暗物質,已是確鑿無疑的事情。

暗物質存在與否,雖然已經得到初步證實。但暗物質將由什麼樣的物質所形成?它們是什麼樣的粒子或是場,或是二者的統一,仍然需要進一步的研究。

宇宙論的理論認為,暗物質可能有兩種形態,一種稱為熱暗物質,即在宇宙形成物質世界時期,暗物質的候選者仍然保持其相對論性粒子狀態;另一種稱為冷暗物質,即在宇宙形成物質世界時期,暗物質的候選者已經是非相對論性的粒子。這兩者將在宇宙演化過程中起著不同的作用,但都不能沒有。如何探索、尋找和研究已被天文觀測所證實的暗物質?

這是21世紀科學的又一難題。

反物質這個概念,聽起來似乎是科幻**家杜撰出來的。其實,世界上確實存在著反物質,反物質是由反粒子構成的,而反粒子與我們認識的電子、中子和質子等相似,只是電荷相反。有些科學家猜想,在整個宇宙中,物質和反物質是以同等數量存在的。

只是,反物質集中在遙遠的星系裡,與由普通物質組成的星系相距億萬裡。

那麼暗物質又是什麼東西呢?

2023年,愛因斯坦根據他的相對論得出推論:宇宙的形狀取決於宇宙質量的多少。他認為,宇宙是有限封閉的。

如果是這樣,宇宙中物質的平均密度必須達到每立方厘公尺5×10的負30次方克。但是,迄今可觀測到的宇宙的密度,卻比這個值小100倍。也就是說,宇宙中的大多數物質「失蹤」了,科學家將這種「失蹤」的物質叫「暗物質」。

一些星體演化到一定階段,溫度降得很低,已經不能再輸出任何可以觀測的電磁訊號,不可能被直接觀測到,這樣的星體就會表現為暗物質。這類暗物質可以稱為重子物質的暗物質。

還有另一類暗物質,它的構成成分是一些帶中性的有靜止質量的穩定粒子。這類粒子組成的星體或星際物質,不會放出或吸收電磁訊號。這類暗物質可以稱為非重子物質的暗物質。

天文學的觀測表明,宇宙中有大量的暗物質,特別是存在大量的非重子物質的暗物質。據天文學觀測估計,宇宙的總質量中,重子物質約佔2%,也就是說,宇宙中可觀測到的各種星際物質、星體、恆星、星團、星雲、類星體、星系等的總和只佔宇宙總質量的2%,98%的物質還沒有被直接觀測到。在宇宙中非重子物質的暗物質當中,冷暗物質約佔70%,熱暗物質約佔30%。

標準模型給出的62種粒子中,能夠穩定地獨立存在的粒子只有12種,它們是電子、正電子、質子、反質子、光子、3種中微子、3種反中微子和引力子。這12種穩定粒子中,電子、正電子、質子、反質子是帶電的,不能是暗物質粒子,光子和引力子的靜止質量是零,也不能是暗物質粒子。因此,在標準模型給出的62種粒子中,有可能是暗物質粒子的只有3種中微子和3種反中微子。

20世紀80年代初期,美國天文學家艾倫森發現,距我們30萬光年的天龍座矮星系中,許多碳星(巨大的紅星)周圍存在著穩定的暗物質,即這些暗物質受到嚴格的束縛。高能熱粒子和能量適中的暖粒子是難以束縛住的,它們會到處亂竄,只有執行很慢的「冷粒子」才能束縛住。物理學家認為那是「軸子」,它是一種非常穩定的冷「微子,質量只有電子質量的數百萬分之一。

這就是暗物質的軸子模型。

軸子模型是否成立,最終得由實驗裁決。最近,還有人提出,暗物質可能是一種稱做「宇宙弦」的弦狀物質,它產生於大**後的一秒期間內,直徑為1萬億億億分之一釐公尺,質量密度大得驚人,每寸長約1億億噸。這種理論是否成立,同樣有待科學家進一步研究。

進步不是什麼事件,而是一種需要。

2樓:俺不是

在宇宙學中,暗物質是指那些自身不發射電磁輻射,也不與電磁波相互作用的一種物質。人們目前只能通過引力產生的效應得知宇宙中有大量暗物質的存在。

知我者,謂我心憂,不知我者,謂我何求。

3樓:

接著猜唄,提出其他理論

4樓:悲慘人生悲慘

同上所說!絕對可以標為滿意答案!

什麼證據說明可能存在暗物質?

5樓:匿名使用者

到目前為止,宇宙中存在暗物質僅僅是乙個假設,它的證據是旋渦星系的旋轉曲線平坦地延伸,就是說星系盤的旋轉速度比預料的高出很多,而且更為重要的是,旋轉速度並沒有隨著星系半徑的增加而降低。

但這一證據並不充分。所以,存在暗物質僅僅是乙個假設或者說是想象。

6樓:修身齊家

大約65年前,第一次發現了暗物質存在的證據。當時,弗里茲·扎維奇發現,大型星系團中的星系具有極高的運動速度,除非星系團的質量是根據其中恆星數量計算所得到的值的100倍以上,否則星系團根本無法束縛住這些星系。之後幾十年的觀測分析證實了這一點。

儘管對暗物質的性質仍然一無所知,但是到了80年代,佔宇宙能量密度大約20%的暗物質已被廣為接受了。

7樓:太空記

暗物質是什麼?到底有沒有暗物質?看看科學家找到的最好證據!

8樓:水果和沙拉

暗物質存在的最早證據**於對矮橢球星系旋轉速度的觀測。現代天文學通過引力透鏡、宇宙中大尺度結構形成、天文觀測和膨脹宇宙論研究表明:宇宙的密度可能由約68.

3%的暗能量,4.9%的重子物質,26.8%暗物質組成。

暗物質(dark matter)是一種因存在現有理論無法解釋的現象而假想出的物質,比電子和光子還要小的物質,不帶電荷,不與電子發生干擾,能夠穿越電磁波和引力場,是宇宙的重要組成部分。暗物質的密度非常小,但是數量龐大,因此它的總質量很大,它們代表了宇宙中26%的物質含量,其中人類可見的只佔宇宙總物質量的5%不到(約4.9%)。

暗物質無法直接觀測得到,但它能干擾星體發出的光波或引力,其存在能被明顯地感受到。

發現證據

2023年,愛因斯坦根據他的相對論得出推論:宇宙的形狀取決於宇宙質量的多少。他認為:

宇宙是有限封閉的。如果是這樣,宇宙中物質的平均密度必須達到每立方厘公尺5×10的負30次方克。但是,迄今可觀測到的宇宙的密度,卻比這個值小100倍。

也就是說,宇宙中的大多數物質「失蹤」了,科學家將這種「失蹤」的物質叫「暗物質」。

最早提出證據並推斷暗物質存在的是20世紀30年代荷蘭科學家jan oort與美國加州理工學院的瑞士天文學家弗里茲·扎維奇等人。

2023年,美國加州工學院的瑞士天文學家弗里茲·扎維奇最早提出證據並推斷暗物質的存在。弗里茲·扎維奇觀測螺旋星系旋轉速度時,發現星系外側的旋轉速度較牛頓重力預期的快,故推測必有數量龐大的質能拉住星系外側組成,以使其不致因過大的離心力而脫離星系。

弗里茲·扎維奇發現,大型星系團中的星系具有極高的運動速度,除非星系團的質量是根據其中恆星數量計算所得到的值的100倍以上,否則星系團根本無法束縛住這些星系。

暗物質的電腦模擬圖

暗物質(dark matter)剛被提出來時僅僅是理論的產物,之後幾十年的觀測分析證實了這一點。儘管對暗物質的性質仍然一無所知,但是到了80年代,佔宇宙能量密度大約20%的暗物質已被廣為接受了[12] 。

在引入宇宙膨脹理論之後,許多宇宙學家相信我們的宇宙是乙個平行的空間,而且宇宙總能量密度必定是等於臨界值的(這一臨界值用於區分宇宙是封閉的還是開放的)。與此同時,宇宙學家們也傾向於乙個簡單的宇宙,其中能量密度都以物質的形式出現,包括4%的普通物質和96%的暗物質與暗能量。但事實上,觀測從來就沒有與此相符合過。

雖然在總物質密度的估計上存在著比較大的誤差,但是這一誤差還沒有大到使物質的總量達到臨界值,而且這一觀測和理論模型之間的不一致也隨著時間變得越來越尖銳。

不過,我們忽略了極為重要的一點,那就是暗物質促成了宇宙結構的形成,如果沒有暗物質就不會形成星系、恆星和行星,更談不上今天的人類了。宇宙儘管在極大的尺度上表現出均勻和各向同性,但是在小一些的尺度上則存在著恆星、星系、星系團以及星系長城。而在大尺度上能夠促使物質運動的力就只有引力了。

但是均勻分布的物質不會產生引力,因此今天所有的宇宙結構必然源自於宇宙極早期物質分布的微小漲落,而這些漲落會在宇宙微波背景(cmb)中留下痕跡。然而普通物質不可能通過其自身的漲落形成實質上的結構而又不在宇宙微波背景輻射中留下痕跡,因為那時普通物質還沒有從輻射中脫耦出來。

另一方面,不與輻射耦合的暗物質,其微小的漲落在普通物質脫耦之前就放大了許多倍。在普通物質脫耦之後,已經成團的暗物質就開始吸引普通物質,進而形成了我們觀測到的結構。這需要乙個初始的漲落,但是它的振幅非常非常的小。

這裡需要的物質就是冷暗物質,由於它是無熱運動的非相對論性粒子因此得名。

在開始闡述這一模型的有效性之前,必須先交待一下其中一件重要的事情。對於先前提到的小擾動(漲落),為了預言其在不同波長上的引力效應,小擾動譜必須具有特殊的形態。為此,最初的密度漲落應該是標度無關的。

也就是說,如果我們把能量分布分解成一系列不同波長的正弦波之和,那麼所有正弦波的振幅都應該是相同的。「大**」初期暴漲理論的成功之處就在於它提供了很好的動力學出發機制來形成這樣乙個標度無關的小擾動譜(其譜指數n=1)。wmap的觀測結果證實了這一預言。

但是如果我們不了解暗物質的性質,就不能說我們已經了解了宇宙。我們還不清楚暗物質的特性,甚至還沒有一種理論說有某個備選粒子可能是暗物質的基礎離子。

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