宇宙的其他物质

1、暗物质与暗能量暗物质与暗能量宇宙中的其他物质在哪里？支持暗物质的依据 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，在银河系不同位置的星星旋转速度基本一样。按照这样的情况，这些星星因为离心力的作用，应该逸出银河系。甚至宇宙中所有的粒子由于高速度都会分崩离析，而无法凝聚成一个个可见的星系，甚至无法凝聚成现在我们所见到的星星。但是，银河系并没有因此而变成一个混沌的粒子团。天文学家可以看到，星系中有多少可见的质量，把它们都加起来，也没有任何地方足以产生所需的引力。这就说明当中有看不

2、见的暗物质暗物质。这一物质使各种可见的粒子有机会凝聚在一起，形成了物质和星系，并且使整个银河系的星系都牢牢地凝聚在银河系中，围绕着银河系的中心旋转。探索暗物质的现状 虽然每秒钟都有万亿个暗物质粒子穿过我们的身体，穿过我们周围的一切，甚至如果没有暗物质，世间也不可能有人存在，但科学家却无法捕捉到它的信号。物质之间的作用有4大类，引力作用、电磁作用、强相互作用和弱相互作用。强相互作用和弱相互作用是原子内部的作用。而日常物质之间的作用往往是电磁作用和引力作用。暗物质之所以被称为暗物质，是因为它不会和其他任何物质产生电磁反应，也不可能发光。暗物质的性质就是根据它们在天文和宇宙学中扮演的引力相互作用而推

3、断出来的。 有趣的是，爱因斯坦曾提出暗物质这个概念，又被他自己否定了，原因很简单，他认为暗物质破坏了他的经典论著相对论的优美。20072007年科学家绘制的宇宙暗物质三维数字地图年科学家绘制的宇宙暗物质三维数字地图2008年拍摄暗物质与普通无知碰撞的分割图紫金山天文台专家抓住暗物质粒子湮灭证据？ 经过10年观测，紫金山天文台专家捕捉到了很可能是暗物质留下的“足迹”高能电子，这可能是暗物质存在的一个有力证据。但经过计算和研究后发现，他们所观测到的高能电子的流量与目前学界已掌握的情况有较大差异。欧美科学家绘制出的宇宙暗物质三维图 据了解，以往学界普遍认为太阳系附近的高能电子主要来源于超新星遗迹，并

4、建立了太阳系高能电子流量模型。可他们获得的高能电子的流量远远超出了模型预计的流量。这意味着高能电子还存在别的“起源”。 不明来源的高能电子究竟来自何处？常进告诉记者，这有很多种可能，经过分析，他们发现观测结果与目前暗物质理论模型相吻合。表明这些不明来源的高能粒子将有可能是暗物质粒子湮灭时所产生的。这样的研究结果让研究团队非常激动，但课题组认为还需要对这一结果进行多次观测验证。 此后的年中，常进与合作者在南极进行了次观测（其中次因气球漏气失败），他们共观测到多万个宇宙线粒子，经过层层筛选，他们找到个高能电子。在翔实的数据面前，研究人员在说服自己的同时，也得到了业内人士的认可。 常进表示，目前高能

5、电子的观测精度还可以进一步提高，并不排除这些不明来历的高能电子来自于太阳系附近的特殊天体。即使这样，这也是人类第一次直接观测到来自于“特殊天体”的高能电子。 2008年11月21日 天山网 科学家首次找到暗物质粒子湮灭证据 在美国“南极长周期气球项目”(ATIC)中，来自多个国家的科学家经过近10年的观测和研究，最终发现一些不明来历的高能电子很可能是暗物质粒子湮灭的证据。 深圳新闻网 2011年11月21日报道在南极探测暗物质粒子的试验气球载有先进探测设备的实验气球2012上海交大科研人员的探索 参与大亚湾实验的上海交通大学物理系，最近正忙着将全新的探测设备安置在二滩水电站2500米的地下探测

6、点，希望能够一探暗物质的真面目。 “科学家们一直无法证明暗物质的存在。”上海交通大学物理系主任、负责这一项目的粒子宇宙科学家季向东教授称。 去年在意大利进行的一项高灵敏度实验探测，并没有发现暗物质，这引发了科学家们对世界上是否有暗物质的质疑。但季向东教授的观点是：“我们所能够考虑的，就是如何把探测仪器制造得更为灵敏。因为仪器的灵敏度目前远远没有达到极限，既然如此，就不能因为我们没有足够灵敏的仪器而否认暗物质的存在。” 据介绍，上海交大利用清华大学和二滩水电站建设的实验室所做的实验观测，主要对目前国际上主流的探测暗物质的探测器规模，进行了大幅度提升。“主要是提升仪器的检测精度”。 上海交大的仪器

7、检测，主要利用弱相互作用。因为现在学术界普遍认为，暗物质粒子是弱相互作用的大质量粒子WIMPS（weakly interacting massive particles），如果暗物质通过这种作用撞击在惰性气体的原子核上，原子的反弹就会产生光信号和电信号，这样的信号会在特殊的液体和气体中显示出来，通过采集这样的光信号和电信号，应该可以找到暗物质。 “之所以要将实验室设在地下2500米，是因为在日常环境中，宇宙本身就有本底辐射，科学家难以区分到底哪种是宇宙的本底辐射，哪种是暗物质和原子核撞击产生的信号。”季向东教授说，“只有这样才能有效地隔绝宇宙的本底辐射。” 此前，虽然国际上很多实验组也在寻找暗

8、物质，有一些小组宣称发现过暗物质，但是那些结果都没有被采信，因为这些实验没有一个被成功重复过。而此次二滩水电站的检测方式，是目前国际上主流的探测暗物质技术，还提高了探测器的体积和检测的气体和液体的纯度气体和液体纯度的提高，会使探测灵敏程度呈现能量级的提高；探测器的体积增加，会使检测的粒子数量更多。“粒子样本数量越多，探测到暗物质的可能性越大。”季向东教授说。 2012年03月14日文汇报哈勃太空望远镜拍摄的暗物质环暗物质每年碰撞人体10万次 尽管每一秒都会有数十亿暗物质粒子穿透我们每个人的身体，但是，大多数粒子都不会受到阻碍。 安阿伯密歇根大学的凯瑟琳弗里斯，以及瑞典斯德哥尔摩大学的克里斯托弗

9、萨维基计算，平均大小的人体（70kg)中的原子核(主要成分是氧、氢碳化合物和氮)会与暗物质粒子碰撞多少次？表中显示这些粒子的名称，质量，直径，以及每年与人体发生碰撞的次数。 他们说，暗物质最有可能碰撞体内的氧和氢原子核。根据暗物质最常见的假设，可能每年发生约30次。 但是，如果最新的实验结果是正确的，而且暗物质的相互作用比预期的更常见，那么，人与暗物质碰撞的次数就要高得多。弗里斯和萨维基计算，地球上，每年每人肯定会遇到约10万次碰撞。 弗里斯和萨维基没有估计，这种背景碰撞率对健康的潜在影响。这会取决于原子核被撞击后的能量和运动，以及它会对附近的组织造成什么损害。 这对每个人而言，都代表着微小的

10、风险，但是，对整个人类的影响是什么呢？这是很有趣的下一步研究 2012年04月11日（美国Technology Review授权文章)探索暗物质粒子 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。支持暗能量的依

11、据 对遥远的超新星所进行的大量观测表明，宇宙在加速膨胀，星系膨胀的速度不象哈勃定律描述的那样，是恒定的，而是在不断加速。按照爱因斯坦引力场方程，加速膨胀的现象推论出宇宙中存在着压强为负的暗能量。 近年对微波背景辐射的研究精确地测量出宇宙中物质的总密度。但是，我们知道所有的普通物质与暗物质加起来大约只占其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，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。暗能量 最近WMAP数据显示，暗能量在宇宙中占总物质的73。值得注意的是，对于通常的能量（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。 然而现在物理学的基本理论还无法解释观测到的这一暗能量。暗能量是二十一世纪物理面临的最大的挑战。重 大 的 物 理 学 革 命 暗物质与暗能量被认为是宇宙研究中最具挑战性的课题，它们代表了宇宙中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