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发表于 2020-2-26 09:20:31
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可见的宇宙——包括地球,太阳,其他恒星和星系——由质子、中子和电子捆绑成原子构成。也许20世纪最令人惊讶的发现之一是,这种普通物质或重子物质不到地球质量的5%宇宙。
宇宙的其余部分似乎由一种神秘、不可见的物质——暗物质(25%)和一种排斥重力的力——暗能量(70%)组成。
解开谜团
科学家们还没有直接观察到暗物质。它不与重子物质相互作用,对光和其他形式的电磁辐射完全不可见,使得暗物质无法用现有仪器探测到。但是科学家相信它的存在,因为它似乎对星系和星系团有引力作用。
例如,根据标准物理学,旋转的螺旋星系边缘的恒星应该比星系中心附近的恒星运行得慢得多,因为星系中心是一个可见物质集中的地方。但是观察表明,恒星的轨道速度或多或少是相同的,不管它们在银河系的什么地方。如果假设边界恒星感受到一个看不见的质量的重力效应,这个令人费解的结果是有意义的——暗物质——星系周围的光环。
暗物质也可以解释天文学家在宇宙深处看到的某些视错觉。例如,如果来自更遥远星系的光被前景中巨大的、看不见的暗物质云扭曲和放大——这种现象被称为引力透镜效应——的话,包含奇怪光环和光弧的星系图片就可以得到解释。
科学家对暗物质可能是什么有一些想法。一个主要的假设是暗物质由外来粒子组成,这些粒子不与正常物质或光相互作用,但仍会产生引力。包括欧洲粒子物理研究所大型强子对撞机在内的几个科学团体目前正在努力产生暗物质粒子,供实验室研究。
其他科学家认为暗物质的影响可以通过从根本上修改我们的引力理论来解释。根据这样的想法,重力有多种形式,大规模的重力控制星系不同于我们习惯的重力。
膨胀的宇宙
暗能量更加神秘,它在20世纪90年代的发现令科学家们震惊不已。以前,物理学家假设引力会随着时间的推移减缓宇宙的膨胀。但是当两个独立的团队试图测量减速率时,他们发现扩张实际上正在加速。一位科学家把这一发现比作把一套钥匙扔向空中,期望它们会掉下来——却看到它们径直飞向天花板。
科学家现在认为宇宙的加速膨胀是由一种排斥力驱动的,这种排斥力是由其他“空”空间中的量子波动产生的。此外,随着宇宙的膨胀,这种力量似乎越来越强大。由于没有更好的名字,科学家称这种神秘的力量为暗能量。
许多科学家还指出,暗能量的已知性质与宇宙常数是一致的,这是阿尔伯特·爱因斯坦在他的广义相对论中加入的数学创可贴,以使他的方程符合静态宇宙的概念。根据爱因斯坦的说法,常数将是一种抵消重力的排斥力,阻止宇宙自行坍塌。爱因斯坦后来在天文观测揭示宇宙正在膨胀时放弃了这个想法,称宇宙常数是他的“最大失误” 。
现在我们看到宇宙正在加速膨胀,加入暗能量作为宇宙常数可以很好地解释时空是如何被拉长的。但是这种解释仍然让科学家们不知道为什么奇怪的力量会存在。 |
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