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什么叫暗物质,现在对暗物质研究到什么地步了?
什么叫暗物质,现在对暗物质研究到什么地步了?哪国家最厉害?
中国科普博览  中国科普博览官方头条号
暗物质研究已经有好多年了,最早是一个在美国的瑞士籍科学家弗里茨·兹威基在一九三几年就发现暗物质了,但发现以后很多人并不相信,因为宇宙还是很复杂的,他看到的是不是一定需要用暗物质来解释,并不是很清楚。到一九七几年的时候,很多科学家就在各种各样的天体里发现了引力比较强的这种证据,其中一位女科学家测量了星系周围的暗物质,所以大家逐渐相信这一情况了。
到目前为止,即使从一九七几年开始到现在,也已经有四十多年历史,但是大家还没有找到暗物质。大家试了各种各样的办法,比如说曾经很流行的一个模型,叫做弱相互作用重粒子暗物质,现在大家研究的已经比较深入,有很多很多的研究这方面的实验。我们大家很熟悉的,我们国家在锦屏山做的地下探测实验,还有中国科学院紫金山天文台常进研究员在紫金山天文台和国外合作,做的空间暗物质探测实验,他们都是针对这一种暗物质。
另外还有很多其他的暗物质研究,从目前来看,国际上有很多这方面的研究情况,总体来说还是美国和欧洲的实验更多一些。我们中国现在这两个实验虽然不多,但是也已经取得了很先进的成果,比如说我们现在锦屏山的实验,已经给出关于暗物质最强的实验限制之一。暗物质目前全球科学家都没有找到,但是我们国家在做的实验实现限制的程度已经是最强的之一了。同样我们国家自己的暗物质卫星(悟空号)实验也很快就要公布重要的结果。
作者:陈学雷(中国科学院国家天文台研究员、宇宙暗物质与暗能量研究团组首席科学家)
出品:SELF格致论道讲坛
松鼠老孙  天文学博士 科学松鼠会会员
科学名词所用的每个字眼儿都是为了反映一定的性质而命名的。我们把我们周围的物质包括构成我们自身的物质叫做普通物质。普通物质有四种基本作用力:万有引力、电磁力、强作用力和弱作用力。万有引力只跟质量有关系,有质量就有引力,所以一切普通物质都具有万有引力。
暗物质。之所以叫“暗”,因为它除了万有引力之外,不具有其他三种基本作用力。早在1930年代,瑞士天文学家茨维基通过观测星系团的运动,发现星系的运动速度“过快”,根据光学性质(电磁作用)来推测出来的星系团的质量不足以束缚它们,所以他提出还有许多甚至十倍以上看不见的物质存在。1970年代,美国天文学家薇拉·鲁宾通过测量星系的旋转曲线(星系直径上旋转的速度),又一次证实了暗物质的存在。所以天文学家们是通过暗物质的引力作用发现了它的存在,但是这一点并不足以给出暗物质更多的特征,所以科学家们提出了很多理论模型,只希望通过其他的信息寻找暗物质的性质究竟是什么。
中国的悟空号暗物质探测卫星,中国的锦屏山地下实验室,国外也有一些同类的实验,希望测量来自宇宙射线中的信号,从中发现暗物质衰变的迹象。也就是说从理论上天文学家们认为暗物质不仅仅是具有引力作用的,也存在一些其他作用力,虽然很弱,由此可以衰变成为我们熟悉的可以探测的信号(比如高能的中微子,或者伽马射线)。通过这些信号,再进行重建,获得暗物质本身的信息。这个模型成为WIMP弱相互作用力大质量粒子。在国际上关于寻找暗物质的研究领域,比较突出的有丁肇中先生,他在国际空间站上搭载的暗物质探测仪器已经排除了许多信号和模型,也为悟空号暗物质探测卫星提供了研究的依据。这一类是直接进行探测。锦屏山地下实验室,用液氙作为介质,跟宇宙射线中的粒子进行碰撞,这是间接进行探测。
在国际上中国悟空号暗物质探测卫星是第一颗专门用于这个课程目标的卫星,锦屏山地下实验室也是处于国际的前列。当然,目前国际上有许多的探测项目正在进行,没有办法说谁哪个国家出做的最好,要看将来谁的结果出得更快,更好。。
看风景的蜗牛君  新加坡国立大学工学博士
20世纪,科学家发现了“宇宙微波背景辐射”,通过观测宇宙微波背景辐射,科学家可以推断出宇宙的年龄、膨胀速度和能量密度等信息。在经过细致计算和分析后,科学家疑惑地发现,按照现有观测和理论推导,宇宙不应该是如今这个样子的,除非宇宙中存在一类目前未知的物质,于是科学家将其称为“暗物质”。
“暗物质”是当今物理学界最大的谜团之一,据观测,暗物质占整个宇宙质量的85%,显然不是可以忽略的部分,但人类无法直接感受到它的存在。不过由于暗物质能够干扰光波与引力场,因此可以通过间接手段来探测。但是对于暗物质到底是什么,人类仍然一无所知。
这里我来简要介绍两个暗物质相关的最新进展。
第一个是关于暗物质粒子尺度的理论推算。2014年7月,世界顶级科研杂志《Nature》的物理学子刊的一篇封面文章轰动了世界,国立台湾大学的学者提出,暗物质并非以往物理学家推测的“重粒子”,而是“极轻粒子”。高中物理学曾经教会我们,每个物体其实都可以视为“物质波”,而物质波的波长与物体的质量成反比。台大的物理学家通过计算,认为暗物质粒子的物质波波长大约为10,000,000,000,000,000,000km,即整个星系的尺度。最不可思议的是,他们用星系这种大尺度的基本粒子模拟出来的宇宙图景,符合目前所有的观测数据……这意味着,我们很可能生活在极其浓稠的“暗物质液体”中,这种“液体”的密度比水高一百万倍,但我们完全感受不到,因为暗物质与我们没有任何交互作用。
第二个是关于暗物质探测的实验。暗物质虽然不能直接被观测到,但可以通过一些间接手段进行探测。中国目前在暗物质空间探测领域是国际领跑者,中科院2015年发射的暗物质粒子探测卫星,采用空间间接探测方法来对暗物质进行探测,其中的核心部件BGO量能器是世界上最先进的。这颗卫星也是目前世界上观测能段范围最宽、能量分辨率最优的暗物质粒子探测卫星。
低熵制造机  物理科普作者
暗物质其实网上已经有非常详尽的资料了。大家可以很轻易地搜索到各种程度的适合自己的答案。
什么叫暗物质?
在宇宙学中,暗物质(英语:Dark matter),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。人们目前只能透过重力产生的效应得知,而且已经发现宇宙中有大量暗物质的存在。
现代天文学经由重力透镜、宇宙中大尺度结构的形成、微波背景辐射等方法和理论来探测暗物质。而根据模型,由普朗克卫星探测的数据得到:整个宇宙的构成中,常规物质(即重子物质)占4.9%,而暗物质则占26.8%,还有68.3%是暗能量(质能等价)。暗物质的存在可以解决大爆炸理论中的不自洽性(inconsistency),对结构形成也非常关键。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。
暗物质研究到什么地步了?
暗物质研究的手段主要基于星系自转曲线,星系与星系团观测,宇宙微波背景辐射。观测手段主要分直接观测和间接观测两种。目前的研究进度就是:有充足的观察证据证明暗物质是真实存在的。但对于暗物质由什么物质组成还众说纷纭,理论很很多种,但都还缺乏充分的足够的实验证据。
哪些国家最厉害?
暗物质测量的主要实验室包括美国的Soudan mine和DUSE、加拿大的SNOLAB地下实验室、意大利的大萨索国家实验室(Gran Sasso National Laboratory)、英国的Boulby mine以及中国四川省锦屏山地下2500米世界最深暗物质试验中国锦屏极深地下暗物质实验室。
横山趣闻事
一张图看懂什么是暗物质
谈兵论武
暗物质并不是由重粒子构成,组成因素一直是个迷,它是一种未知的物质,很多科学家认为其是组成宇宙的重要物质。总之,暗物质是什么?直到现在科学家也没弄清楚。
研究暗物质现在已经是公开的秘密了,世界各国都相继成立研究组织展开研究。特别是美国在这方面的研究,老早就开始,并且相继取得一定的成绩。2007年就将暗物质的分布“蓝图”构画出来,并利用哈勃太空望远镜,探测到了位于遥远星系团中呈环状分布的暗物质。天文学家们称,这是迄今为止能证明暗物质存在的最强有力的证据。美国在这方面先行一步,占据优势。对于宇宙探索研究,美国一直是先行者,这也是值得我们学习的地方。
对于我们国家来说,研究暗物质是对宇宙的一直探索,是追根溯源的方法。在2015年成立了第一个专门的实验室“中国锦屏地下实验室”,让我们国家一跃而上,进入世界第一研究阵营。有实力的大学也成立相关的研究组织开展研究,2015年北京大学研究团队就完成了3万亿粒子数的宇宙中微子和暗物质数值模拟。
在早期的研究中,限于科技技术的发展,暗物质研究一直受到局限。在2015年中国将科学卫星系列的首发星悟空号送入太空,是目前世界上观测能段范围最宽、能量分辨率最优的暗物质粒子探测卫星。
对于对暗物质研究的国家来说,没有最厉害的,探索、开发全宇宙是全人类共同的使命,应当把它看做是全人类的骄傲,而不是比较。
stemmer
先回答第二个问题,研究到起始点,且自相矛盾。
再回答第三个问题,哪个国家研究得越历害,就越厉害,反的。可能是顶着找暗物质的名,明目张胆地研究其他粒子,比如类中微子,这些国家最利害。
最后回答第一个问题,能找到的都不是暗物质,暗能量。暗物质,暗能量根本不要这么多,加上种种类中微子含各种中微子的量,宇宙每立方米五个粒子,够了。
暗物质,暗能量要两乌云,还要这么多,是人类闹的天大笑话,没有之一。
另外,补充一点,都说引力是时空扭曲效应,是引力效应,还在找引力子,这是人类第二大笑话。
多想想时空扭曲是怎么来的吧。stemmer提示下,引力效应是一种场,与电磁场同价,类似,引力效应是背景,不可直接观测;大尺度下引力效应即时,引力波才有延迟效应,才可观测,现只测了三次,又一次证明了相对论,也间接证明了引力是时空扭曲的表现。
stemmer本观点,自由转载,推动国家省下资源搞教育。
stemmer2017年6月21日首发
不忘初心方得始终140193340
宇宙学研究发现,在宇宙大爆炸初期产生的各种基本粒子中,有一种叫做中微子的粒子不参与形成物质的核反应,也不与任何物质作用,它们一直散布在太空中,是暗物质的主要“嫌疑人”。
但中微子在1931年被提出来以后,一直被认为质量为零。这样,即使太空是中微子的海洋,也不会形成质量和引力。曾有人设想存在一种“类中微子”,它的性质与中微子类似,但有质量。可是一直没有发现“类中微子”的存在。
极小的中微子运动速度极高,可自由穿透任何物质,甚至整个地球,很难被捕找到。但中微子与物质原子和亚原子粒子碰撞时,会使他们撕裂而发出闪光。探测到这种效应就是探到了中微子。但为了避免地面上的各种因素的干扰,必须把探测装置(如带测量仪器并装有数千吨水的水箱)放在很深(如1000米)的地下。
1981年,一名苏联科学家在试验中发现中微子可能有质量。近几年,日、美科学家进一步证实中微子有质量。如果这个结论能得到最后确认,则中微子就是人们寻找的暗物质。
寻找暗物质有着重大的科学意义。如中微子确有质量,则宇宙中的物质密度将超过临界值,宇宙将终有一天转而收缩。关于宇宙是继续膨胀还是转而收缩的长久争论将尘埃落定。
暗物质促成了宇宙结构的形成,如果没有暗物质就不会形成星系、恒星和行星,也就更谈不上今天的人类了。宇宙尽管在极大的尺度上表现出均匀和各向同性,但是在小一些的尺度上则存在着恒星、星系、星系团、巨洞以及星系长城。而在大尺度上能过促使物质运动的力就只有引力了。但是均匀分布的物质不会产生引力,因此今天所有的宇宙结构必然源自于宇宙极早期物质分布的微小涨落,而这些涨落会在宇宙微波背景辐射(CMB)中留下痕迹。然而普通物质不可能通过其自身的涨落形成实质上的结构而又不在宇宙微波背景辐射中留下痕迹,因为那时普通物质还没有从辐射中脱耦出来。
另一方面,不与辐射耦合的暗物质,其微小的涨落在普通物质脱耦之前就放大了许多倍。在普通物质脱耦之后,已经成团的暗物质就开始吸引普通物质,进而形成了我们现在观测到的结构。因此这需要一个初始的涨落,但是它的振幅非常非常的小。这里需要的物质就是冷暗物质,由于它是无热运动的非相对论性粒子因此得名。
在开始阐述这一模型的有效性之前,必须先交待一下其中最后一件重要的事情。对于先前提到的小扰动(涨落),为了预言其在不同波长上的引力效应,小扰动谱必须具有特殊的形态。为此,最初的密度涨落应该是标度无关的。也就是说,如果我们把能量分布分解成一系列不同波长的正弦波之和,那么所有正弦波的振幅都应该是相同的。暴涨理论的成功之处就在于它提供了很好的动力学出发机制来形成这样一个标度无关的小扰动谱(其谱指数n=1)。WMAP的观测结果证实了这一预言,其观测到的结果为n=0.99±0.04。
暗物质湮灭
科学家表明:一些不明来源的高能粒子将有可能是暗物质粒子湮灭时所产生的。
约翰-卫菲尔介绍说,在进行暗物质的数据监测时,他们在南极洲上空释放了一个载有粒子监控设备的探测气球,并最终得到了令科学家们感到满意的暗物质粒子数据。美国“南极长周期气球项目”的最主要目标就是在空间观测高能宇宙线。科学家们早在1998年就提出可对其探测设备进行一定程度的改进,该探测器将可以同时观测高能电子和伽马射线。2000年,重达2吨的探测器在南极洲正式升空并进行观测,这是世界上首次对高能电子进行高分辨观测。科学家表示,以往学界普遍认为高能电子来源于超新星遗迹,并建立了太阳系高能电子流量模型。但在南极洲的第一次观测结果表明,高能电子流量在3000亿至8000亿电子伏特能量区间远远超出了模型预计流量。这就意味着宇宙高能电子还有别的“起源”。
科学家们表示,高能电子究竟来自何处存在很多种可能,经过分析,他们发现观测结果与目前暗物质理论模型相吻合,表明这些不明来源的高能粒子将有可能是暗物质粒子湮灭时所产生的。这样的研究结果让科学家们感到非常激动,但研究小组组认为还需要对这一结果进行多次观测验证。为了进一步证实研究结果,此后的7年间,科学家们不断改进设备和观测方法的基础上,又在南极进行了2次成功观测。加上此前的观测,他们共观测到3000多万个宇宙线粒子,经过层层筛选,他们最终找到210个高能电子。这些结果均与第一次观测结果吻合,让研究人员对自己的观测结果确信无疑。
这些高能电子的能谱流量与目前暗物质理论预言的粒子模型吻合,所得到的低能参数也与欧洲与俄罗斯耗费数亿美元研制的、专门用于寻找暗物质粒子湮灭证据的磁谱仪探测器PAMELA所得到的结果完全吻合。这就表明这些不明来源的高能电子将有可能是暗物质粒子湮灭时所产生的。目前高能电子的观测精度还可以进一步提高,并不排除这些不明来历的高能电子来自于太阳系附近的特殊天体。即使这样,这也是人类第一次直接观测到来自于“特殊天体”的高能电子。科学家表示,他们的研究目前才刚刚开始,要想得出最终的结论还有很长的路要走。今后,研究小组将进一步提高观测设备精度,以期得出更加翔实的数据并找到更为充分的证据。
周庆和1178559755
暗物质是根据星系引力缺损而假设的一种能够弥补星系引力的物质。不过需要提醒的是不要一根筋走到底,暗物质问题的实质是由万有引力理论的缺陷造成的。
当然,要解开这个问题,首先还得从万有引力的形成说起。星球引力的实质并不是任意物体之间都存在的“万有引力”,而是与电磁力相似的极性差作用力。根据笔者二十多年的苦心研究,现在已经形成了一套完整的理论体系,在此就对星球引力的形成做一些简单的介绍。
星球引力是由氕原子核心的阳性体产生的,但中子又是中和这个阳性体的对立性体,所以星球引力由构成星球物质总量的氕原子大于中子的剩余值产生。物体重力则是由阴性大于阳性的剩余值产生的。由于这种引力并不是万有的引力,所以在此需要更名为乾坤引力。
因此,没有氕氢剩余的小行星之类的天体只能表现重力而不会产生能够凝聚物质的乾性引力;同层次星球就是因为没有性差、或性差太小而不能产生乾坤引力的。具有同等乾性引力的天体的互相靠近产生的并不是引力而是乾性辐射的同性斥力。我们可以把银河系中的大多数恒星都看作同层次星球,所以银河系的大多数恒星之间都是不存在乾坤引力的。
但是,也不是说星球之间就没有任何作用力了。无论是同层次也好、不同层次也好,星球之间都普遍存在着另外一种作用力,就是坎离极性作用力。坎离极性作用力是由星球挥发的能量,在建立了个体独立能量层的的前提下,又具有部分能量的互相融合而产生的。坎离极性作用力的特点是既具有个体之间独立能量层的斥力,又具有互相融合能量产生的引力,所以星球之间坎离极性作用力所表现的引力与斥力是永远相对平衡。银河星系的凝聚力就是由这种作用力决定的!由于详细解释坎离极性作用力需要较大篇幅,所以,读者如有疑问,只能留待以后解释。
因为银河级星系的凝聚力不是由所谓的万有引力决定的,所以,暗物质问题压根儿是不存在的。
当然,这些只是对我二十多年研究成果的一丁点简介。在我的研究成果中,几乎所有的宇宙疑难问题都能够作出令人信服的解释。原因就在于路走通了也就没有什么难题了。
花儿83036418
暗物质(darkmatter),在宇宙学中又称为暗质,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(截至2011年)只能通过重力产生的效应得知,而且已经发现宇宙中有大量暗物质的存在。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。
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。
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