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科学家试图建立解释暗物质和暗能量宇宙模型【图】

作者:admin · 发布时间:2019-12-05 08:32:09

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在经典的“Λ-CDM”宇宙学模型中,宇宙学常数恒为-1。但天文学观测表明,宇宙学常数或是随时间而变化的。

讯 一位西班牙瓦伦西亚理工大学物理系博士生与2011年诺贝尔物理奖得主Adam Riess合作,试图建立了统一暗物质和暗能量的宇宙模型。他们解释说:“在我们的新模型中,暗物质和暗能量是同一种事物在不同情况下的不同表现,最新的天文观测数据也似乎支持我们的创立模型。”

近年来的天文观测表明,宇宙中包含大约5%的普通物质(恒星、星云和行星等)、22%的暗物质以及73%的暗能量。其中暗物质和暗能量分别通过它们对普通物质产生的引力作用和推动宇宙做加速膨胀而表明它们的确存在。假如暗能量不存在,物质间的万有引力作用就会逐渐减慢宇宙膨胀,但天文观测表明宇宙却是在加速膨胀。

为了解释暗能量,科学家构建了多种物理模型,其中最被广泛接受的是“Λ-CDM”模型,该模型使用宇宙学常数(cosmological constant)来解释宇宙的加速膨胀。该模型认为在宇宙整个演化的过程当中,宇宙学常数始终没有发生过变化,其值恒为-1。然而,这个模型并不能完美解释所观测到的所有现象。

科学家发现暗能量实际上是动态而随时间变化的。他们通过观测不断修正现有模型,期望能找到描述暗能量的更好的宇宙学模型。根据目前的观测数据,暗能量状态方程的参数确实比较接近常数-1,但有迹象表明该参数在过去曾经有不同的取值,但如何准确去确定这个数值尚需更多的观测。

延伸阅读:暗物质、暗能量

在宇宙学中,暗物质是指那些自身不发射电磁辐射,人类无法通过现有的任何观测工具来直接观测到它们,只能通过引力产生的效应得知宇宙中有大量暗物质的存在。

暗物质存在的最早证据来源于对球状星系旋转速度的观测。现代天文学通过引力透镜、宇宙中大尺度结构形成、天文观测和膨胀宇宙论研究表明:宇宙的密度可能由约70%的暗能,5%的发光和不发光物体,5%的热暗物质和20%的冷暗物质组成。天文学家推测,宇宙中最重要的成分是暗物质和暗能量,暗物质占宇宙25%,暗能量占70%,通常所观测到的普通物质只占宇宙质量的5%。因此,探测和研究暗物质很可能导致物理学界新的革命。

大约65年前,第一次发现了暗物质存在的证据。当时,弗里兹·扎维奇发现,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,否则星系团根本无法束缚住这些星系,之后几十年的观测分析证实了这一点。尽管对暗物质的性质仍然一无所知,但是到了80年代,占宇宙能量密度大约20%的暗物质已被广为接受了。

暗能量和暗物质是一种不可见的、能推动宇宙运动的能量,宇宙中所有的恒星和行星的运动皆是由暗能量与万有引力来推动的。根据“普朗克”探测器收集的数据,科学家对宇宙的组成部分有了新的认识,宇宙中普通物质和暗物质的比例高于此前假设(73%),而暗能量这股被认为是导致宇宙加速膨胀的神秘力量则比想象中少,占不到70%。 暗能量是宇宙学研究的一个里程碑性的重大成果。支持暗能量的主要证据有两个。一是对遥远的超新星所进行的大量观测表明,宇宙在加速膨胀。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”。

暗能量的发现过程极富戏剧性。按照宇宙大爆炸理论,在大爆炸发生之后,随着时间的推移,宇宙的膨胀速度将因为物质之间的引力作用而逐渐减慢,就像缓慢踩了刹车的汽车一样。也就是说,距离地球相对遥远的星系,其膨胀速度应该比那些近的星系慢一些。

但1998年,美国加州大学伯克利分校(UCBerkeley)物理学伯克利国家实验室(LBNL)高级科学家索尔皮尔姆特(SaulPerlmutter),以及澳大利亚国立大学布赖恩施密特(BrianSchmidt)分别领导的两个小组,通过观测发现,那些遥远的星系正在以越来越快的速度远离我们。换句话说,宇宙是在加速膨胀,仿佛一辆不断踩油门的汽车,而不是像此前科学家所预测的那样处于减速膨胀状态。

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