為什麼要假設暗物質和暗能量存在?有什麼依據麼?

鍾銘聊科學


天文學家最早在1932年根據銀河系恆星的運動提出銀河系裡面應該有更多的質量的想法。

1933年,天文學家在研究后髮座星系團時,使用均功定理推斷其內部應該有更多看不見的“質量”。

均功定理是描述穩定的多自由度體系的總動能和體系的總勢能時間平均之間的數學關係。

美國天文學家薇拉·魯賓觀測星系轉速時,發現星系外側的旋轉速度較牛頓重力預期的快,推測有額外且龐大的質量產生的引力拉住星系外側,使星系外側物質不致脫離星系。

1980年魯賓和同事將其結果發表了一篇有影響力的論文,BBC拍攝過一部紀錄片《我們大部分的宇宙不見了》,描述其工作及成就。

錢德拉X射線望遠鏡對星系團1E 0657-558的觀測發現在星系碰撞過程中,使暗物質與正常物質分開,可以被認為發現了暗物質存在的直接證據。


暗能量是一種充溢空間的、增加宇宙膨脹速度的難以察覺的能量形式,暗能量假說是當前對宇宙正加速膨脹的理論解釋中最流行的一種假設,在天體物理學宇宙標準模型中,暗能量佔據宇宙大部分的質能。

天文學家在研究Ia型超新星數據中,根據超新星的變化發現宇宙膨脹速度非但沒有在自身重力下變慢,反而在一種看不見的力量影響與推動下正在加快,由此猜測:宇宙中可能瀰漫著一種人類未知的物質,或在其作用的影響之下。目前通過對引力透鏡及遙遠類星體的研究,基本可以確定宇宙中“一定”存在這種暗能量,並且比例巨大。

但是目前我們還不知道它是由什麼組成的。


心繫宇宙天地寬


暗物質與暗能量的假設不知道科學家是依據什麼提出來的。但我認為:太陽發光,這光除去被物體阻礙吸收的外,其它的都到那裡去了?還有所有物質都發出輻射,這輻射都到那裡去了?宇宙射線與核裂變和核聚變發出的粒子流都到那裡去了?它們只有一小部分被宏觀物體吸收,大量的應該存在於太空。在太空怎麼存在,這些光與輻射在運動的過程中肯定相遇,相遇時一定相互碰撞,碰撞後還會按原來的方向或狀態運動嗎?不會的。它們必然由原來的有序狀態變為無序狀態。如果宇宙中最小的粒子是光子,那麼從光子到質子中子相差那麼大,中間肯定有各種層次的粒子存在。所以,從光子到電子(不包括)以下稱為暗能量,而把電子到原子(不包括)以下稱為暗物質,是合理的。


光量子宇宙


假設存在著暗物質與暗能量首先是人類面對無法理解的觀察結果時,不得以而提出的。茲威基無法解釋觀察星系時所得到的結果,因為星系中所有的可見質量無法維持星系的穩定結構,只能假設還存在人類無法看見的質量存在,他稱之為”暗物質”

美國女科學家維拉.魯賓測量了星系中心與邊緣的恆星速度,發現居然幾乎一樣大小,這顯然不符合牛頓萬有引力定理,只能假定有暗物質存在

宇宙觀測中發現的引力透鏡效應,也只能用暗物質充斥於宇宙加以解釋。

而暗能量的假說是因為兩組科學家測量了IA型超新星的距離之後,發現比原先預計的要遠,這說明宇宙不僅在膨脹,而且正在加速膨脹。這種”排斥力”不能用物質性引力解釋,只能假設存在著不知何物的”暗能量”。但它是啥?充滿宇宙的標量場還是愛因斯坦的宇宙學常數,目前尚無定論

從另一方面來看,讓科學界深信暗物質與暗能量的存在。人類的觀測表明宇宙是平的,曲率為零。而運用廣義相對論引力場方程計算表明,零曲率意味著宇宙的物質密度必須精確等於臨界密度。但宇宙中所有物質所產生的密度遠低於這個數值,缺失的部分在哪?如果將人類觀測所得到的可見物質、暗物質與暗能量所佔的比例4%、23%與73%代入方程後,竟然與臨界密度驚人的一致!這絕對不是巧合,因此更讓科學界深信暗物質與暗能量的存在


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