暗物质是什么?暗物质的发现有什么意义?

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27个答案
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Sheldon理论物理博士,科学松鼠会成员

2013-02-20 18:39

我们常常说世界是由原子组成的。无论是银河系里的恒星,还是有智慧的人类概莫能外。

现代科学将原子细分为多种不同类型的基本粒子,然后又根据它们的基本相互作用类型进行分类。

我们在物理课上学到的弹性力、摩擦力、压力、支持力等等,在原子或亚原子的层面上,都是通过电磁相互作用实现的。这就是其中一种基本相互作用。除此之外,还有强相互作用(负责束缚原子核中的中子、质子等),弱相互作用(负责放射性衰变等),引力相互作用(如果引力理论最终能够结合量子力学的话)。

也就是说,物理学家眼中的世界是基本粒子+基本相互作用。假如世界上有一种新的未知现象,物理学家首先会想到在已知的模型中寻找对应解释。如果实在找不到,就想办法对已有的理论修修补补,以期能解释新的发现。

暗物质的概念就是这样来的。首先,天文学家发现许多星系中都存在额外的看不见的引力源。其次,宇宙学家把宇宙的膨胀速度的大小,跟所有观测到的星系、尘埃、辐射等等物质的总质量放进广义相对论方程里比较。结果发现宇宙的总质量应该远远大于已知物质的总质量。第三,物理学家曾经在计算机中模拟一团原始物质在引力和宇宙膨胀的共同作用下,逐渐聚集成星系的过程。如果假设宇宙中不存在额外的物质,那么模拟结果就和实际的观测对不上。如果假设存在一种大质量的粒子,只参与弱相互作用和引力,不参与其它相互作用的话,并且占宇宙的总质量的比例大概在20%多时,模拟结果就比较理想了。

种种未知现象都迫使天文学家和物理学家提出,宇宙中存在一种”暗物质“。主流观点认为,暗物质是一种大质量、弱相互作用粒子,简称为WIMP。这种粒子不是某类具体的粒子,而是一个总称。满足这个要求的候选粒子不止一种。

我记得暗物质的特点是在星系中呈球状分布,而不像原子物质聚集成一个盘。所以,地球附近的暗物质的总质量不会对我们产生影响(否则在牛顿时期就会发现了)。暗物质对于理解宇宙的形成、演化,对于完善物理学基本理论都有重要意义。毕竟,宇宙一词不但包括我们看得见的那一小部分,还得包括我们看不见的那一大部分。

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弥生_cross见习污师 前天文专业 目前艺术生 OTAKU d...

2013-02-20 11:41

维基百科:在宇宙学中,暗物质(dark matter)又称为暗质,是指无法通过电磁波的观测进行研究,也就是不与电磁力产生作用的物质。人们目前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。

现代天文学通过引力透镜、宇宙中大尺度结构的形成、微波背景辐射等研究表明:我们目前所认知的部分,即重子(加上电子),大致占宇宙的4%,而暗物质则占了宇宙的23%,还有73%是一种导致宇宙加速膨胀的暗能量。暗物质的存在可以解决大爆炸理论中的不自洽性,对结构形成也非常地关键。暗物质很有可能是一种(或几种)粒子物理标准模型以外的新粒子所构成。对暗物质(和暗能量)的研究是现代宇宙学和粒子物理的重要课题。

简单来说,天文学家们努力观测宇宙,并推测我们的宇宙是什么样的,由什么东西组成的。但是从我们可观测到的物体来看的话,宇宙不会是现在这个样子。为了解释宇宙为什么是现在这个样子,天文学家们提出了可能有“暗物质”存在。
暗物质的存在有着很多证据:星系自转曲线,星系与星系团观测,宇宙微波背景辐射的涨落。
而对暗物质的寻找正在一直进行中,nasa貌似要发布大新闻了
链接:http://www.guokr.com/post/441593/

如果这次真的发现了暗物质,也就完善了“暗物质”理论,解决了宇宙组成之谜

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我们之所以能看到一个物体,是因为眼睛接收到了从物体来的光。光,可以分为可见光和不可见光。只发射不可见光的天体是很多的,我们可以通过安装了特定波段感光元件的卫星去观测。但是,目前为止无论用什么波段的光观测,都看不到暗物质。

也就是说,暗物质没有发出我们能够探测到的光。那么,我们怎么知道暗物质是存在的?

1933年,瑞士天文学家弗里茨兹威基用两种不同的方法测量“后发座星系团”的质量,却得出了差异极大的两种结果。
第一种方法是分析星系的运动速度,从而间接计算星系团质量,这种方法所求称为“力学质量”。
第二种方法是通过星系团内的各星系亮度估算质量,称为“光度质量”。
而结果是,力学质量比光度质量大了400倍左右。因此他的结论是,后发座星系团中存在着看不到的物质。

初中化学老师告诉我们,我们身边的任何物质都是由原子组成。那么暗物质也是由原子构成的吗?1996年美国科学家大卫泰特勒的团队得出结论,暗物质不可能是由原子构成。那么,暗物质究竟是什么呢?找出这个问题的答案,就是这次“重大发现”最直观的意义吧。


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说2个段子:

地球OL的玩家您好,您当前接触到的物质为付费物质,您无权观看和使用,若您对它十分感兴趣,请先付费解锁。

问:“这个研究到底有什么实际应用?”
他的回答是:“从现在已知的技术来看,绝对、绝对没有任何实际应用。”
“那么有什么理由花十亿美元去做呢?“
“因为我们想知道。其实你们也想知道。只是你们不知道你们想知道。”

以上

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傅里叶变黄油猫软件工程师,应用数学专业

2013-02-20 11:45

有两种方法可以计算星系的质量:
(1)就像根据地球公转周期和轨道半径可以计算太阳质量一样,我们也可以通过星系里各恒星的运动计算整个星系的质量。这个结果很精确。
(2)也可以通过对所有观察到的天体的质量求和,来计算星系质量。这个结果是观察到的天体总质量。

计算发现(1)比(2)大了很多,这显然是因为(2)里面有很多物质我们没有观察到,这些没被观察到的未知物质被称为【暗物质】。

至于说意义,很多科学理论被研究时都不知道有实际什么意义,你可以说是满足科学家的好奇心。例如量子力学,20世纪初发展量子力学的科学家都不知道没有这些理论就没有计算机。

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positron理论物理、天文爱好者

2014-09-26 12:00

著名的开尔文勋爵在1900的元旦曾提到当时物理学的两朵乌云,这两朵乌云后来分别导致了量子论和相对论。如果现在也要给当前物理学列几朵乌云的话,相信暗物质问题必然是其中的一朵。

说起来,暗物质问题由来已久,这最早可以追溯到20实际30年代,不过由于观测资料的匮乏,当时此问题并没有引起足够的重视。直到上世纪七八十年代,新的而且是相当明确的证据越来越多,此问题才成为学术界的热门话题。

暗物质被提出后,众多的候选者也相应被提了出来。其中,一方面可能源自于暗物质问题本来就是根据天文观测提出来的,不可见的天体便最早成为暗物质的直接候选者,这方面有著名的马乔天体(MACHOs)。不过,进一步的观测证据以及理论研究,最终将暗物质的候选者指向了粒子物理:非重子暗物质。

如今,非重子暗物质的存在已经被绝大多数天文学家、粒子物理学家所接受,相关问题以及成为理论界的一个热门话题,甚至可以认为暗物质问题必然会催生一个乃至数个诺贝尔奖。

暗物质问题由天文观测引出,通过天文观测积累的大量证据,以及相关的天文学理论研究,可以说已经使暗物质的存在成为完全肯定的事。当然,天文观测方面,仍有大量的工作需要去做,如对银河系暗物质分布的精确测量等。天文学上,给出有关暗物质问题更为精确的数据是当前仍然需要进一步做的工作。

既然暗物质的候选者已经确定的指向了非重子暗物质,那么粒子物理研究便成为暗物质问题研究的重要环节。因为于上世纪六七十年代建立起来的、已经经受了及其严格试验检验的粒子物理标准模型中没有暗物质的候选者,暗物质问题也成为粒子物理学家们寻找超出标准模型的新物理的重要动机之一,这个动机的目标是建立一个能够涵盖标准模型的、可以解释更多试验或观测现象的、自洽的新物理理论。当前,关于超出标准模型的新物理,理论家已经提出了多种模型,进而也给出了形形色色的暗物质的候选者,而暗物质问题的理论研究,也已形成了一套完善的方法、体系。

不过,当然暗物质问题研究还存在着一个巨大的问题:即对它的存在我们只有间接的证据,以及大量的理论模型,而迄今仍然缺乏直接的证据。或者说,我们到现在为止仍然不能100%地说暗物质是一定存在的,特别是完全无法说清楚暗物质到底是什么。

为了最终100%肯定暗物质的存在,以及弄明白暗物质到底是什么,需要直接探测到暗物质。由于暗物质的性质,这是一个相当困难的工作,可喜的是已经有多个实验在进行中或计划中,特别是去年12月,美国CDMS实验组宣布探测到了两个疑似的暗物质碰撞核子的实验实例。虽然CDMS的结果还没有完全被证实,不过这已经给暗物质问题的研究注入了一针强心剂,引起理论界火了一把。另外,已经开始运行的LHC的主要目的虽然不是寻找暗物质,不过,很多粒子物理学家相信,LHC至少可以给出一些暗物质的间接证据。特别的,LHC将此前高能物理实验的最高能量提高了不少,即使不能发现Higgs粒子,如果能发现哪怕一个未知的粒子,也能给理论研究带来很大的帮助。

暗物质问题因为涉及概念很广,与众多的天文、粒子物理问题相关,将此列为当前物理界的一朵乌云绝对不为过。不过,笔者认为,虽然相关问题的深入研究已经进行了10年以上(仅仅考虑非重子暗物质成为暗物质的主要候选者以来的研究),理论工作做了很多,不过,暗物质问题最需要的突破仍然是实验,特别是直接探测实验,没有直接的数据,相关理论研究做的再多,都会有空中楼阁的感觉。

节选自自己所写的《暗物质知识》,果壳链接:
http://www.guokr.com/post/525379/
http://www.guokr.com/post/525381/

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Topp天文研究生,摄影爱好者

2013-02-20 14:46

暗物质就是一种只有引力相互作用而没有电磁相互作用的物质,所以我们没办法直接观测到它。

但是很多观测证据表明了暗物质的存在,如果丁肇中的实验找到暗物质存在的直接证据,那么现在最常用的宇宙模型就在一定程度上被证实了。

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大家多数都没有回答楼主的第二个问题啊,这个问题才是核心啊~~~~霍金先生在果壳中的宇宙这本书里提到曾有人问他为什么要研究黑洞,他是这么回答的:(故作深沉装~~)人们为什么要攀登珠穆朗玛峰呢?因为他就在那里。。。。。。。。。。。。这个回答蛮牵强的,但是科学大多数情况下对现世是没什么作用的,尤其是尖端科学

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HOLMES.MA软件工程硕士

2013-04-05 14:50
支持者: C-5XPO

1.暗物质就是直接无法观察 无电磁现象的东西

2 意义就是能帮助我们解释 我们的宇宙的 来源。 大爆炸的时候到底发生了什么 解释我们的宇宙为什么是现在这个样子

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看来《星球大战》的编剧、制片、导演乔治·卢卡斯很有科学眼光,早就想到了暗物质和暗能量,并且把它们统称为——The Dark Side。

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有人完全财政拨款单位

2014-09-24 08:32

我们虽然是通过观察远距离星系的方法,推断出暗物质的存在。

但是,很明显,如果暗物擀真的存在,那么它一定并不只存在于远方星系,它一定是普遍存在的,我们的身边就有暗物质,只是我们看不见。

我们的身边就有暗物质,

如果暗物质的总量,真的是可见物质的400倍,那么,太阳系中也应该存在着大量的暗物质,虽然不一定是400倍。

如果说,暗物质真的存在,且真的数量巨大,而太阳系中却很少甚至没有暗物质,则说明暗物质是弥漫于宇宙空间的,会被成形的星体所吸附或者清除。在星体引力所不及之处,就是暗物质富集的地方。

由于暗物质有质量,有引力,它们很可能成为宇宙航行的巨大障碍,这可能就是费米悖论的一种解释。

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我记得在哪个纪录片里物理学家们说什么当无法解释问题时就可以说暗能量(我不明白→没了万有引力就会塌缩 这句话可能说错了,应为是很早看的一部纪录片)

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支持者: 小韭菜

我相信多维膜的存在,电子的突然出现与突然消失,波色子的26维性,和量子力学的测不准理论,告诉我们,必须跳出自己可见维度考虑问题,那么暗物质可能是什么呢?福尔摩斯告诉我们,一切皆有理由,再不可思议,最后的也是答案。用排除法吧

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支持者: trier

现在看似虚无无用的这些研究 以后就会成为决定人类命运的关键

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就是你弄一块儿差不多指甲盖大小的,就可以轰平整个曼哈顿酱紫啦么么哒~

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长得辱华轻武器爱好者

2014-09-26 09:45

记得暗物质遇到相应的正物质会释放大量能量,一桶暗物质爆炸就能灭掉蓝星人

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暗物质到现在还是一种概念,还有待开发,没多少讨论意义。

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the-cc光看帖不怎么回帖硕士

2014-09-24 12:20

我觉得也许黑洞就是暗物质或者暗物质的一种。黑洞有巨大的质量,而体积趋近无限小。
其实我一直在想,核聚变是合成新的原子,损失一部分粒子并释放能量,相当于物质转化为能量。那有没有逆核聚变的存在呢?由能量转化为物质。在黑洞坍缩过程中,那么多的能量和物质都从我们的视界范围消失了,去了哪里?会不会就是转化为暗物质了呢?

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暗物质,就是类似于“有(相)关部门”一样的存在。
至于有什么意义,其实大家都很想知道。

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那暗物质对我们有什么影响吗?比如能不能压死你?

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支持者: C-5XPO None

如果能确定有就好了,这个概念从小时候就知道,可惜一直只是概念。

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tokaerv家里蹲大学在校

2013-04-05 14:31

这么说,还存在另外一个我,和另外一个果壳网?

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暗物质就是难以用光学办法直接观测的携带质量的东西。暗能量才是要命的家伙。

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