什么是暗物质?为什么宇宙中充满了这种看不见的物质?

作者:小菜 更新时间:2024-05-08 点击数:
简介:暗物质这一名词,最早出现在20世纪30年代,是由瑞士天文学家弗里茨·范·邦德提出来的,用来解释在星系中,一些星星的运动轨迹,远比我们观测到的物质质量所形成的引力应该强的现象。

而在那之后的几十年中,有关于暗物质的研究更是被逐渐深入,但是暗物质本身却是无法直接被观测到的,那么,

【千问解读】

暗物质这一名词,最早出现在20世纪30年代,是由瑞士天文学家弗里茨·范·邦德提出来的,用来解释在星系中,一些星星的运动轨迹,远比我们观测到的物质质量所形成的引力应该强的现象。

而在那之后的几十年中,有关于暗物质的研究更是被逐渐深入,但是暗物质本身却是无法直接被观测到的,那么,暗物质究竟是什么? 一、暗物质的发现。

对于暗物质,它是一种在宇宙中存在的物质,但是其却是无法被直接观测到的,其存在也是目前由于对宇宙的研究的一些规律,对暗物质的存在进行了推断。

暗物质的存在,最早是通过研究星体的运动规律进行的间接推测,根据牛顿的引力定律,一颗处在星系中的恒星,其运动速度,应当是随着距离星系中心的远近而发生改变的。

处于星系中心的恒星,受到其他恒星的引力作用会更加显著,从而使其运动速度更快,而处于星系边缘的恒星,受到其他恒星的引力作用就会更小,从而使其运动速度更慢,正是这种引力作用下,才使得星系的运动规律,符合牛顿的引力定律。

直到上世纪20年代,美国天文学家基普·谢普利通过观察星系中的螺旋星系,发现了一个令人困扰的现象,那就是星系中心的恒星,和星系边缘的恒星,其运动速度却是相同的,这就和牛顿的引力定律不符合。

什么是暗物质?为什么宇宙中充满了这种看不见的物质?

根据牛顿的引力定律,处于星系中心的恒星,其运动速度应该是更快的,但是现实中,却并非如此,这就导致,星系中心的恒星,受到的引力作用,和星系边缘的恒星,是相同的,而这种引力作用,却远远大于我们观测到的物质质量的引力作用。

正是由于这样的现象,才使得基普·谢普利认为,这其中必然存在着另外一种我们无法观测到的物质,其质量远远大于我们观察到的物质的质量,来解释星系中恒星的运动规律。

什么是暗物质?为什么宇宙中充满了这种看不见的物质?

而这种物质,就是我们常说的暗物质,所以说,暗物质是通过对星系的运动规律进行的推测来的。

而暗物质的存在,还得到了宇宙微波背景辐射的证据支持。

宇宙微波背景辐射是宇宙大爆炸的余辉,它诞生于大爆炸后的数十万年,由于大爆炸形成的高温等因素,使得宇宙中的原子分子不断被撞,从而使得宇宙中光子无法自由传播,形成了一个光学厚的雾层,而这个雾层也是上世纪60年代初期,美国的两位天文学家,通过建造了一个特制的接收器之后,意外发现的。

什么是暗物质?为什么宇宙中充满了这种看不见的物质?

这个接收器的接收范围,包括了可见光、无线电波等等,它所接收到的信号,都会转化为电信号输出,而他们最初所建造的接收器,是用来接收可见光的,这就导致,当它接收到的信号,都是可以被人眼所看到的,但是在实验过程中,却发现,无论怎么调节参数,接收器都无法接收到信号,这就令两位天文学家非常诧异,他们以为,这可能是接收器出现了问题,于是,他们开始检查接收器,但是最终,他们发现,接收器并没有出现问题。

什么是暗物质?为什么宇宙中充满了这种看不见的物质?

但就是这个接收器,却始终无法接收到可见光的信号,于是,他们就换了一种思路,那就是,如果它接收器可以接收到无线电波的信号,那么,我们就将它的接收范围调整到无线电波的范围内,看看它是否可以接收到无线电波的信号。

但是在此之前,他们并没有往无线电波的方向进行思考,因为在那个年代,无线电波还没有被发现,而且也没有能够接收无线电波的设备,但是当他们将接收器的接收范围,调整到无线电波的范围内,令他们想不到的是,接收器正常工作了。

这就令他们大喜过望,因为无线电波的发现,对于天文学家来说,是一个具有重要意义的发现,因为无线电波,可以穿透大气层,对太空中的物体进行探测,而这就大大提高了他们的工作效率,同时也为人类对宇宙的探索,提供了有力的工具。

所以说,这个时候的他们,也意味着他们,进入了一个全新的时代,而这个接收器,也是人类对天空的第一台无线电望远镜,他们利用这台望远镜,对宇宙中进行了无线电波的探测。

但是在探测过程中,他们却发现,这个接收器,接收到的信号,竟然是来自宇宙中,而且这个信号,是没有声音的,但是却是一个非常规律的信号,这就令他们非常惊讶,但是这个信号,却没有引起太大的关注。

直到1965年,他们接收到了这个信号,直到1965年,来自美国的两位天文学家,阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊,对此进行了研究,最终发现,这个信号,正是来自大爆炸之后,所产生的光子,由于光子无法自由传播,导致,这个信号,是一个非常低频的无线电波。

什么是暗物质?为什么宇宙中充满了这种看不见的物质?

所以说,这个信号,就是来自大爆炸之后,所产生的宇宙微波背景辐射,这也是宇宙中第一批光子,它在大爆炸之后,约380000年,才能够自由传播,而在此之前,它所形成的雾层,正是宇宙微波背景辐射的余辉。

正是由于宇宙微波背景辐射,所以说在宇宙大爆炸之后,宇宙中光子无法自由传播,而这个雾层,就是宇宙微波背景辐射的余辉,而目前,这个余辉,只能够以无线电波的形式被探测到。

什么是暗物质?为什么宇宙中充满了这种看不见的物质?

但是宇宙微波背景辐射,所传递的信息,却非常珍贵,因为它是宇宙大爆炸的余辉,所以说,宇宙微波背景辐射,正是宇宙起源的遗迹,它记录了宇宙大爆炸之后,宇宙的形成和演化的过程。

而从对宇宙微波背景辐射的观测中,我们不仅可以知道宇宙的年龄,还可以了解宇宙的结构,这对于我们研究宇宙的起源和结构,具有重要的意义。

什么是暗物质?为什么宇宙中充满了这种看不见的物质?

而从宇宙微波背景辐射的观测中,我们还可以了解到,宇宙中的物质分布,是非常均匀的,但是在宇宙起源的大爆炸之后,宇宙中的物质,就开始聚变,形成了各种星体和星系等等,形成了我们现在所看到的宇宙。

而在对宇宙微波背景辐射的观测中,科学家发现,宇宙中的物质,除了可观测物质外,还有一部分,是暗物质,其质量,甚至比可观测物质还要多,达到了宇宙物质总量的85%左右。

什么是暗物质?为什么宇宙中充满了这种看不见的物质?

而暗物质的存在,还得到了星系中星体的运动速度的证据支持。

星系中的恒星,都是围绕星系中心的黑洞进行运动的,根据牛顿的引力定律,处于星系中心的恒星,受到其他恒星的引力作用会更加显著,从而使其运动速度更快,而处于星系外围的恒星,受到其他恒星的引力作用就会更小,从而使其运动速度更慢。

什么是暗物质?为什么宇宙中充满了这种看不见的物质?

而观测数据显示,星系中心的恒星,和星系外围的恒星,其运动速度却是相同的,这就说明,星系中的恒星,其运动速度和距离恒星的距离,是没有关系的,而这就意味着,星系中的恒星,受到的引力作用,是一个恒定的值,而这个恒定的值,就是暗物质所产生的引力。

所以说,暗物质的存在,是通过这三个方面进行的推测,三方面的证据,也相互印证着暗物质的存在。

什么是暗物质?为什么宇宙中充满了这种看不见的物质?

二、暗物质的作用。

暗物质的作用,主要有三个方面,第一,就是稳定星系中星体的运行规律。

在星系中,除了恒星外,还有许多物质,它们都是围绕星系中心的黑洞进行运动的,而星系中的物质,由于质量本身就是非常大的,它们之间产生的引力,也是非常大的,但是这种引力,却是一个静止的引力。

静止的引力,是无法让物体产生运动的,但是恒星的运动,却是非常明显的,这就说明,星系中的物质,产生了一种动态的引力,这种引力,就是暗物质所产生的引力,它稳定的维持着星系中的物质,让其围绕黑洞进行运动,形成了我们看到的星系的形状。

第二,就是防止星体逃逸。

在星系中,除了恒星外,还有大量的星际物质,它们之间,也会产生引力作用,而这种引力,就是暗物质所产生的引力,它防止星际物质,从星系中逃逸出去。

什么是暗物质?为什么宇宙中充满了这种看不见的物质?

第三,就是稳定星系团的运行规律。

星系团,是由许多星系组成的,它们之间通过引力相互作用,形成了一个巨大的星系团,而星系团的质量,不仅仅是我们观测到的物质质量,还有一大部分是暗物质的质量,它们之间,产生了静止的引力作用,维持着星系团的稳定。

什么是暗物质?为什么宇宙中充满了这种看不见的物质?

三、暗物质的构成。

暗物质的构成,目前尚无定论,但是根据对暗物质的研究,暗物质可能是某一种粒子,也可能是一种气体,还有一种可能,就是一种尘埃。

还有一种可能,就是暗物质是由黑洞组成的,这种可能也是有的,因为暗物质的质量,远远大于可观测物质的质量,那么就有可能暗物质是由黑洞组成的。

黑洞的存在,可以解释其中一部分暗物质的存在,但是目前,还没有令人信服的证据,来证明暗物质是由黑洞组成的。

还有一种观点,就是暗物质是由物质和反物质所组成的,因为在大爆炸产生的时候,物质和反物质是一一对应的,那么物质和反物质,就有可能,组成了暗物质。

什么是暗物质?为什么宇宙中充满了这种看不见的物质?

但是即使是物质和反物质所组成的暗物质,也会产生一些特殊的现象,比如物质和反物质,相互接触之后,就会发生湮灭,但是在星系中,并没有观测到这种现象的发生,所以说,暗物质,可能并不是由物质和反物质所组成的。

还有一种可能,那就是暗物质,是一种我们目前无法观测到的物质,它可能是一种粒子,也可能是一种气体,还有一种可能,就是一种尘埃。

但是种粒子,可能是一非常微小的粒子,它不仅仅是光子,还有可能是一种比光子还要小的粒子,它被称为轻子,但是这种轻子,也有可能,是一种我们目前无法观测到的粒子。

所以说,对于暗物质的构成,目前尚无定论,

什么是暗物质?为什么宇宙中充满了这种看不见的物质?

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