暗物质是什么?天文学家是如何发现它的?

科学大妙想 2020-07-14 20:15:17

暗物质、暗能量是当前天文学研究中的难题,难就难在虽然科学家隐约的知道它们的存在,但是到现在为止还没有探测到它,所以还无法真正的研究它们,只能是根据观测结果间接地研究它们,猜测组成它们的粒子究竟是什么?

发现暗物质之旅

既然称它是暗物质,这说明它应该是物质,既然是物质,必然产生引力,既然是物质,那就应该有组成粒子吧,既然是有组成粒子的,那么按照物理学研究的过程来看,就得需要知道粒子的产生与衰变的方式,也就是说要知道粒子的特征吧,如果连这些都不知道,那就还只是猜测而已,对于暗物质其实就是这么回事,还是猜测,不过是一种很肯定的猜测。

1884年,威廉汤姆森估算出银河系的质量,但是结果出乎他的意料,因为质量出奇的大,在那时天文学家认为一个星系的质量无非主要是由可见的恒星提供,但是现在估算的银河系质量远比可见的要大,这引起了他们的注意,他们认为肯定还存在一些“暗星体”未被观测到,不过那时的暗星体表示的是这个意思:暗淡的星体,那时候观测技术有限,暗淡的星星就观测不到了。虽然意思不一样,但是也算是发现之旅的先驱了。

1933年,天文学家弗雷德·茨威基有了重要的发现,他在研究后发座星系团成员星系的运动速度时,发现成员星系围绕后发座星系团核心区域的运动速度实在是太快了,照这样的速度来看,后发座星系团根本无法通过可见的物质产生的引力来维持完整,肯定还有看不到的物质在发挥着作用。1936年,天文学家辛克莱尔·史密斯在研究室女星系团时得到的现象也与茨威基发现的情况相似,经过这两次发现之后,科学家越发觉得肯定还有什么奇妙的东西没有被发现,这个奇妙的东西正是“暗物质”。

真正让暗物质研究成为主流学术研究是在1970年,两位天体物理学家在研究仙女星系的旋转速度曲线时确定暗物质的确在宇宙中大量存在。

暗物质的作用

暗物质作为宇宙的重要组成部分,科学家推测在宇宙中可见物质仅占4.9%,暗物质占26.8%,暗能量占68.3%,所以暗物质必然发挥着重要的作用,如上文科学家发现的那样,暗物质在稳定着星系、星系团的结构,不至于它们在如此高的旋转速度下分崩离析,暗物质所产生的引力作用正抵御着宇宙的快速膨胀,而宇宙膨胀的幕后黑手正是暗能量。

寻找暗物质粒子

寻找暗物质粒子如同蒙上眼睛在一间黑屋里找东西,现在已经知道暗物质粒子不参与电磁相互作用、强相互作用,参与引力相互作用,对于弱相互作用参不参与,还不清楚,假设参与弱相互作用了,那么暗物质粒子就可能是一种弱相互作用有质量粒子(WIMP粒子),​如此一来就可以通过三种办法来寻找它。

三种办法:

1.直接探测,直接探测的探测器被放置在地表以下以排除宇宙线干扰。如果有幸捕捉到暗物质粒子的话,暗物质粒子会与探测器中的原子核发生碰撞,这种碰撞产生的信号会被监测到。

2.对撞机探测,大型粒子对撞机可能会碰撞出粒子标准模型以外的新粒子。

3.间接探测,发射卫星到太空中去,监测暗物质粒子衰变或湮灭时产生的信号,我国的“悟空”号卫星正是在做着这件事情。

但是这三种方法是在假设暗物质粒子是WIMP粒子的前提下,如果不是呢?所以说对于暗物质粒子的探测还不只是这几种方法。

目前我国有四川锦屏地下实验室与“悟空”号卫星在寻找着暗物质粒子,期待暗物质粒子的发现,如果发现,这绝对是近几十年来最重磅的天文学成果。

3 阅读:514
评论列表
  • 2020-07-15 12:09

    (1)   《 万有引力的本质来源》 摘要:艾萨克•牛顿发现了万有引力,然后又发现了运动三定律,亨利•卡文迪许用 扭秤 证明了万有引力 定律正确性,并算出了地球的质量,但都没对物质之间为什么有引力给出明确的解释。阿尔伯特•爱因斯坦更是玄之又玄的把引力解释为物质对空间造成的扭曲。本文将根据一些小实验和理论推导对以上的某些观点进行纠正与反驳。

    多彩多姿 回复:
    侠义相对论不承认万有引力的,万有引力作用和物体差不多[笑着哭][笑着哭][笑着哭]。侠义相对论是运动员,万有引力是力,是保守的力[笑着哭][笑着哭][笑着哭]
  • 2020-07-15 12:12

    (10)那么太阳系天体的质量值与内能值为什么如此相近呢?太阳除外。因为太阳是中心,在太阳系中是悬浮不动的,即使内能值与质量值差距很大也测不出来,又点燃了核聚变。理论上来讲,内能值远高于质量值。所以我们现在根据引力算出的太阳质量(其实是内能)远远大于真实质量。大家都知道太阳是气态的,而密度竟然是地球的0.26倍,这是荒谬可笑的,他的意思也就是说一立方氢气与一立方土的质量比是0.26 : 1,就算把氢气压缩到液态,这个比值也相差甚远。太阳的平均密度1.4克每立方厘米,氢液态才0.07克每立方厘米,矛盾吗?

  • 2020-07-15 12:10

    (2)关键词:内能(热力学能),引力,地球质量,扭秤,重力加速度。 引言:耳熟能详的定律,质量越大,引力越大,但还有一个被人类忽视的数据,那就是内能。天体的质量越大,引力越大,内能越大(此文的内能是抛开 所有化学反应,核反应的 热力学能)。那么引力的来源是不是高温度物体与低温度物体的温差效应呢?看下面的实验。

  • 2020-07-15 12:11

    (7)根据这个小实验去理论推导下个实验,我们把引力看作成弱磁现象,扭秤的两对铅球之所以会互相吸引,完全是因为在地球的引力磁场上。小实验里我们可以轻松的把磁铁放到一旁,以现在的科技我们也可以轻松的把扭秤送到太空,送到月球,那时你会发现扭力与此区域 重力加速度 值成正比。引力越小,扭秤的扭力越小。月球上表面的扭力只剩下地球上的1/6。

  • 2020-07-15 12:11

    (8)我做了个简陋的扭秤,在只有4个质球实验下,加大两对质球的温度差,会得到不同的扭矩。我也猜测是不是空气对流加剧造成的,但一直没有找到真空实验室而搁置。(具体的温度差与扭矩比例,由于扭秤的简陋,就不一一叙写了)。

  • 2020-07-15 12:11

    (6)亨利•卡文迪许的扭秤为什么使两个没有热平衡需求的两对铅球出现引力呢? 看实验,准备两个磁力不同的磁铁,一根铁丝,一些细铁砂,释放静电,先用铁丝吸铁砂,肉眼观察下是毫无吸引力。然后把强磁铁放到铁丝底端,整根铁丝会吸住很多铁砂,距离磁铁越近吸住铁砂越多,换上弱磁铁,铁丝吸引的铁砂要少的多。

  • 2020-07-15 12:09

    (0)暗物质不存在,暗物质就是为了弥补万有引力定律误差所提出的一种假设,其误差的根本原因是什么呢? 万有引力的本质究竟是什么?请仔细阅读下面这篇文章。谢谢

  • 2020-07-15 12:13

    (12)在此理论正确的前提下,F=GMm/r^2还能继续使用吗?当然可以,只不过要稍微修改一下,首先就是其中的一个M改成U。那么以引力计算的1热值等于多少焦耳?这就需要广大科学家的共同计算了。 公式式1:F=GUm(1-u/U)/r^2

  • 2020-07-15 12:12

    (9)实验过程:四个相同质量的实心铝球,一根木棒,先把两个铝球固定在木棒两端,一根细铜丝拴在木棒正中间,悬挂在一个横架中间,保持平衡。铜丝底端固定一个小镜子,再用一个激光灯射照镜子,射线与折线最好调到90度左右,光点会射在墙上,墙上固定个尺子。依铜丝正下方为点用圆规画个圆圈,边是两个球的球心,再用两个支架把另外两个球托平,分别放在秤砣的左右侧,球心对准圆线。不同温度的球放到托架上,光点会出现在不同的位置。(也就是说温度差越大,扭力越大,两物体之间的引力越大)。 此理论的最有力的证据还是需要把扭秤送到太空,送到月球。

  • 2020-07-15 12:10

    (4)我们用这个实验是不是能说明两物体的引力大小与两物体温度的大小相关呢?温度差越大,引力越大,与质量无绝对关系。那么在地球上为什么质量越大的物质,引力越大呢?这么说吧,地球是个巨大的能量体,她对所有的低能量体都有 热平衡 需求,她会根据 低能量体所能承载的热量产生引力,直至达到热平衡引力为0,但是地球有温度阶梯,从地壳约14℃至地心约6000℃,所以一个物体从14℃至6000℃其重力可以说是稳定不变的。假设一个铪合金球,从14℃加热到4000℃,其与地心引力最大转移到与地壳引力最大,其重力保持不变。14℃至零下273℃,温度越低,重力越大。(这段是理论推导,没做实验)。

  • 2020-07-15 12:10

    (3)三个质量相同铝球,用液氮把两个铝球分别散热到零下150℃与零下50℃,还有一个与室温温度相同20℃。观测三个铝球近距离的水气有什么反应。观察到的结果是零下150℃的铝球对附近水气有很大的吸引力,有明显的重力加速度现象,末端水气落体速度大约是零下50℃铝球的三倍。而与室温相同的铝球对水气毫无反应。5分钟后终止实验,零下150℃铝球结霜质量大约是零下50℃铝球的三倍。

  • 2020-07-16 13:56

    有肯定的猜测,则此事已败。

  • 2020-07-15 12:13

    (13)此公式也不是适用于任何引力场,(只有两物体质量与半径相同的情况下才能做到误差为0,比如冰球实验,你可以理解为把铝球切割成与水气大小相等颗粒,然后每颗粒与水气产生的引力全部相加)。就如F=GmM/r^2无法解释水星近日点进动异常,爱因斯坦广义相对论描写的引力与量子力学格格不入。可以说很难有一个引力公式通用于宏观与微观等多种引力场,只有根据不同的引力场拿出不同的公式给予计算。

  • 2020-07-15 12:11

    (5)根据此实验说明两个物体没有 热平衡需求就没有引力,那么亨利•卡文迪许的扭秤又是怎么算出地球质量的呢?他的扭秤为什么出现扭力呢?还准确推导出引力常量。5.965*10^24到底是地球的内能还是地球的质量?我们根据 F=GM m/r^2计算出了太阳系的大部分行星的 轨道与速度,卫星的均速圆周运动,这足以说明F=GMm/r^2正确性,那么一个天体的内能值与质量值一定很接近。为什么会很接近呢?是根据质量有了内能?还是根据内能的大小有了质量?看下面的实验与理论推理。