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什么是暗物质?如何检测暗物质?暗物质的本质至今仍然是一个谜

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online_member 发表于 2020-3-4 21:14:24 | 显示全部楼层 |阅读模式
前言

我们都知道什么是物质,物质对于我们日常生活的理解就是能够看得见或者摸得着的实物,比如固体、液体、气体。我们经常在在物理界听见大量科学家们对于各种关于“暗物质”的各种研究,“暗物质”这个词我们似乎并不陌生了,那么,什么是“暗物质”?我们却并不太了解,那么我就用最简单的语言解读什么是“暗物质”,它对于我们的生活又何影响。
什么是暗物质?如何检测暗物质?暗物质的本质至今仍然是一个谜758 / 作者:123457108 / 帖子ID:56806
暗物质模拟


暗物质是怎么被提出的

20世纪30年代,瑞士天文学家Fritz Zwicky发现大型星系团中的星系具有极高的运动速度,除非星系团的质量是根据其中恒星数量计算所得到的值的100倍以上,星系团的引力根本无法束缚住这些高速运动的星系。这是首次提出宇宙间可能存在暗物质
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旋转的星系



我们知道,星体之间存在万有引力,在万有引力的作用下,行星会围绕中心星体作圆周运动,圆周运动的速度越快,那么需要的引力越大,否则无法拽住行星,将会导致行星飞出此星系。
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圆周运动的物体受力分析



根据万有引力定律,物体之间的引力与物体的质量成正比,与物体距离的平方成反比。因此,当两个星系的质量与距离都确定之后,便可以计算出物体之间的万有引力,再根据圆周运动规律,便可以计算出星体围绕中心天体运动的速度。因此,圆周运动速度是由两个天体的质量与距离决定的。
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万有引力定律



然而Fritz Zwicky发现大型星系团中的星系具有极高的运动速度,再此速度下,他们之间需要的引力应该是正常引力的100倍以上,也就是说,按照正常情况下,中心天体的质量应该要是目前质量的100倍以上,才能够形成如此大的引力。因此它们之间可能存在人类根本观测不到的物质,也就是暗物质,于是,暗物质的概念被提出来了。
关于暗物质的研究

从20世纪30年代被提出到80年代,宇宙中存在暗物质已被广为接受。并且认为在星系团中,看得见的星系只占总质量的1/300以下,而99%以上的质量是看不见的。暗物质无法用肉眼看见,意味着它们不能发射电磁波,只能通过引力产生的效应知道它的存在。

那么暗物质为什么看不见?想要知道为什么看不见,就先要知道我们为什么能看的见物质。
    我们是怎么看见物质的

我们看见的物质,要么是物体本身能够发光,要么是通过反射光,让我们看见。光的本质是电磁波,根据波粒二象性,我们可以描述成光子,也就是物体发射出来光子让我们看见了它们的存在。
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原子发出一个光子



原子核中存在不同的电子层,不同电子层中的电子存在具有不同的能量,电子在不同能级之间运动便会产生能量的波动,光子便是由于原子核中电子的能量波动产生的电磁波,我们通过人眼或者仪器检测到电磁波,于是我们便观察到了这个物体。我们能看到周围熟悉的物质,是因为构成这些物质的原子在不断吸收和发射光子。原子中的电子和质子携带的电荷在此过程中起到关键作用。
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但物质未必都由原子构成,大部分物质可能都是由完全不同的成分构成的。物质没有理由必须由带电粒子构成,因此也不参与电磁相互作用,暗物质无法用肉眼看见,意味着它们不能发射电磁波,它们可能根本就不具有原子结构,没有电子,因此更不可能由于电子的能量变化发射出电磁波。
暗物质构成的猜想

暗物质的本质现在还是个谜,如果它是一种弱相互作用亚原子粒子,也就是说它是一种彼此间不抱团的比原子更小的粒子,如电子、质子、中子、介子、夸克、胶子、光子等等的话,那么由此形成的宇宙大尺度结构与观测相一致。
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不过,最近对星系以及亚星系结构的分析显示,这一假设和观测结果之间存在着差异。通过对小尺度结构密度、分布、演化以及其环境的研究可以区分这些潜在的暗物质模型,这为暗物质本性的研究带来新的空间。

暗物质的特点是它们既不发光也不吸收光。但暗物质是引力自吸引的,而且与普通物质成团并形成星系。

虽然人们已经对暗物质作了许多天文观测,其组成成分至今仍未能全然了解。早期暗物质的理论研究聚焦在一些隐藏的一般物质星体,例如:黑洞、中子星、衰老的白矮星、褐矮星等。这些星体属晕族大质量致密天体。所谓晕族大质量致密天体是指一些体积很小质量很重的天体,没有或只有很少的电磁辐射,在星际空间不 与恒星系统发生作用。
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白矮星与周围星体作用



星系转速曲线、引力透镜、宇宙结构形成、重子在星系团中的比例以及星系团丰度(结合独立得到的重子密度证据)等观测数据也都指出宇宙中85%~90%的质量不参与电磁作用。这类“非重子暗物质”一般猜测是由一种或多种不同于一般物质(电子、质子、中子、中微子等)的基本粒子所构成。

现在已经知道了两种暗物质:中微子和黑洞。但是它们对暗物质总量的贡献是非常微小的,暗物质中的绝大部分现在还不清楚。
暗物质对于人类的作用

暗物质尽管不可见,但它对于天体的影响非常巨大,暗物质就像“胶水一样,作用于各种物体”.。可能正是暗物质促进了如今宇宙形态的形成。暗物质不仅仅能够控制宇宙膨胀,还能够控制天体稳定的运行,这种物质才是宇宙中的主宰,它能够控制整个宇宙的运动。

或许当人类了解了暗物质后,将会有更多新的发现,人类的认知将会进入一个新纪元,这些发现能够给人类科学带来更多颠覆性变革。

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原文地址:今日头条
online_member 发表于 2020-3-4 21:14:37 | 显示全部楼层
#科学有意思# #我要上头条# #我来科普#
online_member 发表于 2020-3-4 21:15:16 | 显示全部楼层
有个疑问,现实中的两个物质有距离,才有相互作用。如果暗物质浸没在其它物质中了,那还怎么相互作用?
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