天文科普:2分鐘,帶你快速了解什麼是暗物質和暗能量?

2020-11-25 天文在線

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我們日常所熟知的物質佔整個宇宙不到5%,例如:樹、巖石、原子、行星、恆星、星系以及我們。在整個宇宙中,大約25%是暗物質,70%是暗能量。暗物質與暗能量都無法被觀測到,這表示我們所接觸到的世界只佔了極其微小的部分。更糟糕的是,我們對暗物質與暗能量究竟是什麼,是如何運作的毫無頭緒!但是我們非常確定它們是存在的。

我們為什麼會知道暗物質的存在呢?原因就是暗物質能夠使星系穩定存在!我們在對宇宙的結構分析時發現,能被觀測到的"普通物質"並不足以令宇宙的存在維持穩定,來自"普通物質"的重力不足以形成星系這樣的複雜結構。

如果只是依靠"普通物質"的重力,那麼恆星間的分布會更為鬆散,它們會四處散布,這將會導致無法形成星系;因此,我們確信一定有某種東西在維持星系的結構。某種東西,它不發射光,也不反射光所以稱作「暗」,除了能計算到暗物質的存在以外,我們還能看到它的微小跡象,光線經過高濃度暗物質的地方時會發生扭曲,因此我們確信有某種東西存在,並且會與重力作用。

現在,我們對於暗物質是什麼有了進一步認識,那麼它究竟是什麼?我們知道暗物質並非一團無光源的普通物質,因為普通物質會放射出我們能觀測到的粒子;而暗物質也不是"反"物質,因為反物質會與普通物質反應,並放出特殊的γ射線;暗物質也不是由黑洞所構成,黑洞是種緊密的物體,且會劇烈影響周圍環境。但是暗物質似乎是零星散布在整個宇宙暗物質有可能是由某種複雜又特殊的粒子組成,這種粒子不會與光、普通物質反應,但目前我們真的不了解它到底是什麼。基本上,我們目前對於暗物質只能確定三件事:一、有東西存在。二、它會與重力發生作用。三、它們數量很多。

暗能量則更加奇怪與神秘,我們無法檢測它、無法測量它、無法觸碰它,但是我們卻能非常清晰地看到它造成的影響:1929年,埃德溫·哈伯通過研究遙遠星系發出的光的波長,發現光經過宇宙後出現紅移現象。哈伯發現較黯淡、較遙遠的星系會出現較大的紅移,距離近些的星系則出現紅移的幅度小些,哈伯肯定地認為會出現紅移現象是因為宇宙正在膨脹,紅移的出現,是因為光的波長隨宇宙膨脹而被拉伸。

近幾年的研究報告顯示宇宙的膨脹正在加速,在此之前,人們認為重力將使宇宙膨脹減緩,甚至塌縮回一個點,空間並沒有因為膨脹而改變它的性質,宇宙膨脹就只是讓空間變更多!年輕的新空間一直在宇宙所有地方新生,星系是一種透過重力緊密集群的東西,因此身處星系中的我們不會感受到宇宙膨脹,但我們仍能在任何地方看到膨脹的影響,無論何處,宇宙中隨時都有新的空間(空白空間)在形成。

因此,暗能量似乎是某種空白空間裡固有的能量,暗能量比任何東西都要強大而且日益增強,空白空間中的能量比起宇宙其他所有東西的總和還要多。我們對於暗能量可能是什麼有多種猜測:一種猜測是暗能量並非某種事物,它只是空間的特性,空白空間並非"虛無",它擁有自己的能量,而且空白空間可以產生更多空間並相當活躍,因此當宇宙在膨脹時,空白空間使更多空間出現並填補缺口,造成宇宙加速膨脹,這個猜測接近愛因斯坦在1917年對宇宙常數概念的想法:有一種力與重力對抗著。

唯一的問題是,當我們嘗試這樣計算暗能量的多寡時,會出現詭異的結果,留下更多困惑與謎題。另一種猜測是空白空間充斥著一種暫時且虛無飄渺的粒子,它會不斷從一無所有形成,然後再消失回一無所有。這些粒子的能量可能就是暗能量。或是另一種猜測:暗能量是種未知的動態能量流體或是力場,它滲入了整個宇宙。但不知何故,它有與普通物質、普通能量相反的效果。如果真是如此,我們並不知道如何探測到它。所以目前還有許多問題等待解決。

我們關於暗物質、暗能量仍處於理論階段。一方面,這十分令人洩氣;另一方面,由於這些理論是最前端的科學,因此會使人十分興奮。這代表著無論我們多麼認為自己是萬物之王,但其實只是活在宇宙中脆弱小島並使用智能型手機的猿人。因此,去仰望這片天空吧!去追尋宇宙運行的真理!有太多令人驚嘆的東西等著我們去了解並學習!

作者: Kurzgesagt – In a Nutshell

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  • 什麼是暗物質和暗能量?
    什麼是暗物質和暗能量?除此之外,我們對暗物質的性質了解非常之少。暗物質有可能是原子分子這樣的一些粒子,也有可能是所謂的場的能量,甚至有可能是比可見光的波長還微小的微小黑洞。暗物質到底是什麼?現在我們還不清楚,但是暗物質的存在和我們實際上是息息相關的。
  • 什麼是暗物質和暗能量
    我們來聊一聊,如果讓我用一句話來解釋,暗物質貢獻引力,努力把物質拉向一起,暗能量則貢獻壓力,努力讓物質相導憶離,努力讓物質相互遠離,因為兩者都無法直接觀測,所以它們都姓「暗」,好啦今天的視頻就到這裡,目前的觀測表明,宇宙中的常規物質只佔總能量的4.9%,暗物質佔26.8%
  • 什麼是暗物質和暗能量
    我們來聊一聊,如果讓我用一句話來解釋,暗物質貢獻引力,努力把物質拉向一起,暗能量則貢獻壓力,努力讓勿質相導憶離,努力讓物質相互遠離,因為兩者都無法直接觀測,所以它們都姓「暗」,好啦今天的視頻就到這裡,目前的觀測表明,宇宙中的常規物質只佔總能量的4.9%,暗物質佔26.8%,剩下的68.3%
  • 暗物質和暗能量理論過時了嗎?
    存在的最輕元素:氫(1個質子),氘(1個質子和1個中子),3氦(2個質子和1個中子),氦4(2個質子和2個中子),和鋰7(3個質子和4個中子)都是在宇宙的前3-4分鐘內創建的,只有在宇宙充分冷卻後才形成,以免瞬間被破壞。
  • 什麼是普通物質、反物質、暗物質和暗能量?
    經常關注宇宙學得朋友,肯定都看到過反物質、暗物質和暗能量,這三個物理學中的詞彙,除了這三個還有一個普通物質,它們一起構成了宇宙中以前存在、現在存在的所有物質/能量形式,其中的反物質在目前的宇宙中,據我們觀察並不存在,而暗物質、暗能量、普通物質依然充斥著宇宙空間,組成了我們當今的宇宙。
  • 暗物質和暗能量之間有什麼區別?
    像暗物質和暗能量。因此,「黑暗」一詞-並不意味著可能看起來像什麼,而是表明我們理解它的能力上的巨大空白。暗物質和暗能量的絕對難以捉摸可能是它們如此普遍相互混淆的原因。對於所有我們不知道的事物,「黑暗」通常是語言空白。
  • 暗物質和暗能量有什麼不同呢?
    在物理學,我們經常聽說暗物質和暗能量這兩個詞。但是,事實證明,很多人都把暗物質和暗能量混為一談。同時,它們完全是兩碼事。暗物質是一種物質形式,在電磁波譜中是看不見的,並不向外顯現出來。它僅以一種方式表現出來,那就是引力的相互作用。根據科學家的計算,宇宙的質能中包括了相當多的暗物質,大約佔25%。但遺憾的是,至今仍未發現到它。那麼,什麼是暗能量呢?
  • 什麼是暗物質和暗能量?目前探索暗物質有什麼進展了?
    本僧掐指一算,宇宙中可見物質佔4.9%,暗物質佔26.8%,暗能量佔68.3%, 話說到這份上,不得不面對一個尷尬的事實:假設你隨手指著夜空中最亮的星星說「那恆星有五顆行星十顆衛星」,蒙中的概率是萬分之一,那麼天文學家用最尖端科技,要蒙中這個數字的概率也就百分之一。科學越到前沿越不靠譜,這是主基調。比如這個:某牛叉物理學家提出的膜宇宙模型。
  • 什麼是暗能量,暗物質?
    暗能量,暗物質在20世紀90年代早期,有一件事對宇宙的擴張是相當肯定的。它可能具有足夠的能量密度來阻止它的膨脹和重新坍塌,它可能具有如此小的能量密度以至於它永遠不會停止膨脹,但隨著時間的推移,重力肯定會減緩膨脹。當然,沒有觀察到減速,但理論上,宇宙必須放慢速度。宇宙充滿了物質,引力的吸引力將所有物質拉到了一起。
  • 暗物質和暗能量
    暗物質和暗能量暗物質和暗能量概念逐漸得到了越來越多的認可,更多的科學家開始接受這兩個概念。量子力學和相對論似乎都沒有涉及這兩個概念。我們已經知道的物理理論也難以理解暗物質或暗能量。因此這被稱為21世紀物理學大廈上空的兩朵烏雲,與20世紀初物理學大廈上空的兩朵烏雲如此類似。相對論預言的引力波得到了直接證實,這進一步地體現了相對論的正確性,但是相對論與量子力學依然是不相容的,卻各自在自己的領域內都是正確的,這是困擾物理學家近百年的問題。 看來,物理學實際上是面臨三大問題,暗物質和暗能量以及量子力學與相對論的融洽。
  • 暗物質和暗能量的結合構成了宇宙,那暗物質的組成結構是什麼?
    構成你以及你所關心的一切事物的普通材料只佔宇宙不到10%的內容;宇宙的其餘部分則是由被稱為暗物質和暗能量的神秘物質構成的,這是我們這個時代最偉大的宇宙奧秘之一。至於它們到底是什麼,誰也說不準。如果看不見的東西是由質子、中子和電子組成的正常物質,那我們關於恆星和星系如何形成的理解就必定是錯誤的:它們永遠不會足夠快地瓦解,以形成最初的恆星和星系。
  • 暗物質和暗能量,會對宇宙造成什麼影響?
    科學界開始意識到,宇宙中除了可被觀測的「重子物質」外,還存在若干倍於普通物質的「暗物質」,由於這些暗物質不與電磁力發生相互作用,所以天文學家無法在電磁波頻段中尋找它們,只能通過引力來確定它們的分布和存在。
  • 什麼是暗物質?什麼是暗能量?
    它可能具有足夠的能量密度來停止其膨脹和塌縮,它的能量密度可能很小,以至於它永遠不會停止膨脹,但是隨著時間的流逝,重力必定會減緩膨脹。當然,沒有觀察到減速,但是從理論上講,宇宙必須減速。宇宙充滿了物質,萬有引力將所有物質拉在一起。然後是1998年,哈勃太空望遠鏡(HST)對非常遙遠的超新星的觀測表明,很久以前,宇宙的膨脹實際上比今天慢。
  • 宇宙中的暗物質和暗能量是什麼
    要知道什麼是暗能量?首先要搞清楚什麼是暗物質.科學家認為暗物質就是不與現觀察到、發現的物質發生相互作用,但是卻可以觀察引力來判斷他們的存在,就是說暗物質其實是與引力相互作用的,這是為什麼?在相對論的框架裡還是離不開物質的質量。不管引力是因為物質之間的相互作用還是時空彎曲,都離不開物質的基礎屬性"質量.根據科學家的預測,暗物質的最大特點就是不與現有觀察到、發現到的物質產生相互作用,眾所周知,我們人類發現或者觀察到的物質都具備質量的特點,難道暗物質沒有質量嗎?沒有質量的物質就是暗物質嗎?根據愛因斯坦的質能方程,暗能量從何而來。
  • 究竟什麼是暗物質和暗能量,有什麼理論嗎?
    物質,就像我們知道的那樣; 原子、星星、星系、行星、樹、巖石和我們。 我們已知宇宙中的物質僅僅佔不到5%。大概25%是暗物質;70%是暗能量。這些都是不可視的。這聽上去有點奇怪,因為它意味著我們所見的世界, 只是現實的冰山一角。
  • 暗物質和暗能量是什麼?它們為什麼佔據了百分之95的宇宙?
    我們認知中的恆星、行星、物質等連宇宙的百分之5都不到。剩下百分之95都是由人類根本無法探測的暗物質和暗能量組成。也就是說,我們所體驗到的,所感知到的是現實中非常小的一部分。而我們對於暗物質和暗能量的一切,它們是什麼,它們存在的意義和存在的方式完全沒有任何頭緒。那麼為什麼我們如此確信暗物質和暗能量的存在呢?
  • 到底什麼是暗物質和暗能量?看完你就知道了!
    暗物質和暗能量雖然至今都沒有被真正發現過,但宇宙天體的反常運動以及宇宙加速膨脹都預示著暗物質和暗能量的存在,因而尋找暗物質和暗能量也就成為了世界各國乃至全人類科學家共同的目標,一但發現它們,對人類的物理學來說就又是一次重大突破,其地位將不亞於愛因斯坦的相對論,屆時人類離宇宙的本質也就又近了一步。
  • 暗物質與暗能量
    WMAP的結果告訴我們,宇宙中普通物質只佔4%,23%的物質為暗物質,73%是暗能量, SDSS 也給出類似的結果。從物質基本結構的觀點出發,普通的物質,如樹木、桌子以及我們人類本身,是由分子、原子構成。然而分子、原子不是最基本的,目前已知的最基本的粒子是由粒子物理標準模型所描述的夸克和輕子以及傳遞相互作用的粒子(如光子,膠子等)。
  • 【科普】暗物質與暗能量
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    亞瑟•克拉克就曾經認真地說,足夠先進的技術和魔法毫無區別。如果你拿著蘋果手機、穿著運動鞋出現在舊石器時代的古人面前,他們肯定會覺得你就是神仙一樣。但他們和你的差距並不太大,可能很快就會用你的手機開始自拍。如果時間足夠長,生命有沒有可能進化到超乎我們的想像,比如進化得完全不用肉身,只變成一堆物理現象?