2、暗物质问题的提出过程

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1、2、暗物质问题的提岀过程天文学家己经证明：宇宙中的天体从比我们银河系小100万倍的星系到《大星系团，都是由一种物质形式所维系在一起的，这种物质既不是构成我们银河系的那种物质，也不发光。这种物质可能包括一个或更多尚未发现的基本粒子组成，该物质的聚集产生导致宇宙屮星系和人尺寸结构形成的万有引力。同吋，这些粒子可能穿过地而实验室。上个世纪30年代，诺贝尔奖获得者密立根，齊致力于将位于美国加利福尼亚州南部城市帕萨迪纳的加州理工学院，建成世界一流的研究机构。他聘川的第一位从事天体物理研究的学者，是瑞士籍科学家弗里兹•兹威基。1934年，兹威基研究了S系团内星系的运动，首次提出暗物质存在的可能性

2、。星系在宇宙屮有一种成团倾向，彼此之间有引力联系，由其构成的体系称为星系群；若受引力束缚在一起的星系群不止几十个，而是儿百个、上千个、儿千个，那么就称为星系团。星系W中成百上千的星系，因被自身引力束缚，运动速度与引力必须达成平衡冰不致ili轨；Ifirn.引力越强，运动速度越快。然而，兹威基发现，星系w内星系远远不足以产生如此大的引力，一定还存在人类看不见的其他物质，他称之为喑物质。暗物质存在的直观证裾，是引力透镜现象：当遥远里系发出的光途经某个®系团附近时，光线就会因里系团引力偏折，这吋的星系团就好似一个透镜，朝这个方向望去就会看到巨大的光弧其至同一个星系的儿个不同镜像。陪物质存在

3、的一个重耍证据是，天文学家观测到一些恒星的运动速度比理论上计算的耍快得多，显然有许多看不见的喑物质在吸d着这些恒星。如果暗物质也是由原了•或分了•组成的话，它们在宇宙早期就会参加核反极，从而使这些元素的丰富程度低于今天的观测值。它不和这些粒子发生任何作用。科学家把它起名为“W1MP”，它的屮文意思足“弱相互作川重粒子”。由于暗物质的存在，远离星系屮心的物质的速度不随距离的增大而减少。这种现象不是个别的，对所有测M过的967个星系，所有测量结果都是这样的，没有一个例外。就是说所有的星系里而绝大多数的物质都是陪物质.中国科学院何祚庥院士认为，宇宙中是否除质子、中了，电子等“会”发光的物质

4、以外，还存在着在原则上就不会发光的物质，或者说宇宙中是否存在占95%以上的暗物质和暗能景亦即透明物质的M题，这是当前宇宙论研究屮一个重人的热点。W实，在宇宙学的领域，直到现在也还没有解决“何谓暗物质”？暗物质有两种形式：一足热暗物质；二是冷暗物质。热暗物质的最伴候选者是中微子。但中微子构成暗物质的前提，是三种中微子之中，至少有某一种巾微子異有静止质呈。至于冷眙物质，一般公认为带有超对称性质的中性重粒子。由于真空的特殊地位，李政道等许多理论物理学家都认为：现代物理的疑难可能都与真空冇关。李政道教授说:暗物质的存在有什么根据呢？现在我重点讲•一下。我们随便看一个星系，它的直校人约为20T

5、•秒差距(Kiloparsec)。在星系的周边，随便哪个星，哪个灰尘或者气体云，都各以某一速度运动，离心力足速度的平方除以那一物体离中心的距离r,这个离心力应跟引力相平衡，引力是牛顿常数跟星云里的质M相乘，除以r的平方(即公式畔，等式左边是重力加速度,右边是圆周运动的向心加速度,李政道教授在这里说的广1离心力，是因为物体在作圆周运动吋，向心力与离心力的人小足相等的.).所以如果你已知某个星体离星云屮心的距离r，我们测M这个星体的速度V，就可以算出在这个星云里而有多少物质存在。以星系NGC3192为例,它的发光区域长约15T•秒差距，但是到跑离屮心30T•伯色处，星的速度还在增加，这表

6、示除了看得见的物质外还冇绝大多数是看不见的物质。看得见是什么意思呢？除了眼晴看得见，也包括用电磁波、红外光吋以测景。看不见的暗物质不放可见光、红外光或电磁波，似它也有万杏引力。由于暗物质的存在，远离星系屮心的物质的速度不随距离的增人而减少。这种现象不足个别的，对所有测量过的967个星系，所侖测量结果都是这样的，没有一个例外。就足说所有的星系里而绝人多数的物质都是暗物质.(引自李政道.《物理学的挑战》。【1】为丫完善宇宙BigBangCosmology理论，1980年科学家引入/暴胀宇宙的概念。它是说宇宙在较单的时期膨胀得较快。这一概念解决了一对矛后：如果我们M溯今日可见的宇宙膨胀历史

7、，当宇宙的年龄为1(T35秒的吋候，宇宙将被压缩到一个半径3毫米的区域中。似足从宇宙膨胀开始到那吋，光能行进的距离只宥3X1CT25厘米。这是任何信号能传播的距离。根椐暴胀理论的推算，宇宙的平均密度应为210_29克/厘米3。但人们观测到的宇宙中发光物质密度至多为这一密度的0.1。就是说，宇宙中有90%以上的物质我们至今几乎一无所知。科学家把它们称作暗物质。威尔金森微波背景各句异性探测器(WAP)和斯隆数字巡天(SDSS)天文观测以艽对宇宙学参数的精确测