03.03 宇宙中的暗物質和暗能量有什麼區別?

宇宙觀察記錄


暗物質和暗能量雖然名字相似,但區別還是不小。下面分別介紹一下。

暗物質

在對宇宙的探索過程中,人們發現了一些奇怪的現象。舉兩個例子:

◆ 宇宙中存在各種各樣的星系,它們不停地旋轉著,速度各不相同。根據牛頓經典力學理論可得,星系質量越大,旋轉速度越快。對一個星系,人們根據其可見物質的質量計算得出它的旋轉速度,然而發現觀測到的旋轉速度比理論計算值大很多。也就是說,星系的實際質量遠大於其包含的可見物質質量。那麼有理由認為,多出來的那部分質量對應一種看不見的神秘物質。

◆ 當兩個星系團碰撞時,它們中的星際物質會和恆星物質發生分離。紅色區域是星際物質,藍色區域是恆星物質。前者的質量遠大於後者,所以碰撞之後大部分質量應該集中在紅色區域。但實際觀測結果卻恰恰相反。這說明在藍色區域極可能還有一種看不見的物質,並且它的質量遠大於恆星物質。

例子還有很多,不再一一列舉。總之一句話:種種奇怪的現象支持一種“看不見的物質”的存在,它可以很好地解釋這些現象。由於我們看不見它,所以把它命名為“暗物質”。它約佔全宇宙的26.8%。


暗能量

上個世紀初,天文學家哈勃發現了宇宙正在不斷膨脹,但他並不知道宇宙膨脹的速度是越來越慢還是越來越快。一開始多數科學家認為是越來越慢,因為宇宙中物質之間存在的相互吸引的引力阻礙著宇宙膨脹。然而觀測的結果卻是越來越快(2011年兩個超新星觀測團隊的領頭人因為觀測到此而獲諾獎)。這說明有一種排斥力抵消並超過了物質之間的引力。問題來了:這種排斥力從何而來?

解決這個問題要用到廣義相對論。

經典力學中,只有質量才能產生引力。因為質量總是正的,所以引力總是相互吸引的(要不怎麼叫引力呢!)。

但是廣義相對論中,不僅質量能產生引力,物質分佈所出現的壓強也能。壓強可以為正也可以為負,通過數學推導得出,當壓強

p

時(ρ表示物質密度,c表示光速),引力會表現為排斥力。


因此人們推斷,宇宙中充滿一種壓強為負的“物質”,導致宇宙加速膨脹。但不管是普通物質還是暗物質,壓強都為正。所以人們猜測這種“物質”是以能量的方式存在,又因為我們也看不見它,“暗能量”這個名就定下來了。它約佔全宇宙的68.3%。


可以看出,暗物質和暗能量區別比較大,除了第一個字一樣、都不發光不反射光、含量都遠大於普通物質之外,就基本沒啥共同點了。

PS:關於這兩個“宇宙神秘角色”,仍然有一些謎團,人類還有很長的路要走。如果它們得到解決,科學將發生一次偉大的飛躍。期待人類能早日解決。


Piscester


暗物質是一種物質

暗物質是一種物質,有質量的,只是看不到。

它不發光,也反光,所以用現在人類觀察宇宙的手段是看不到的。實際上暗物質不僅僅是不與光發生作用,也不與我們的常規物質發生作用。比如銀河系有大量的暗物質,所以太陽系是在暗物質中穿行,但我們完全感覺不到。


像什麼呢?象雲團,太陽就像飛機,穿過雲團沒有任何感覺。

它有質量,所以有萬有引力效應。根據萬有引力效應, 我們能發現暗物質。天文學家根據暗物質的引力效應,用計算機可以將它的分佈畫出來。

暗物質的觀測必須用較大的尺度,一般是星系大小的尺度,才能發現它的疏密變化。現在我們知道,星系以上的尺度的天體結構基本上都是暗物質唱主角。

暗物質發現較早,距今已經有100年了。暗物質是什麼目前物理學家還沒有找到答案,但已經有了很多線索,誰要是能弄懂暗物質的本質,那就是21世紀最重要的科學成果,諾獎都不夠獎勵的。

暗能量是一種力

宇宙在加速膨脹。加速,意味著有斥力,而所有的物質,無論是常規物質還是暗物質都產生的是引力,存在引力宇宙應該是膨脹減速啊?但是觀察結果發現,宇宙在加速膨脹。科學家將這種不明白的斥力稱為暗能量。

暗能量發現較晚,大概也就20多年前才發現的。因為這在哈勃望遠鏡升空後,大規模天文觀測,大規模測量基礎數據,然後才發現的加速膨脹。

暗能量的觀測需要用更大的尺度,至少是星系群,一般需要超星系群尺度,然後才能發現暗能量分佈上的差異。

由於發現的晚,我們當然也不知道暗能量是啥,而且連線索都沒有。有人提出過各種假說,其中有一個是,暗能量就是宇宙的真空能量。因為根據量子理論,真空有量子漲落,這個就是真空的能量,很小,但當真空範圍很大時,它就體現出來了。似乎有道理,但也有很多不通的地方,比如暗能量也不是絕對均勻,所以並不被科學家們認可。


海螺008


首先,對於這件事,我們必須要先明白一點:暗物質和暗能量,物理學家至今仍未搞清楚原因和它們的來源,它們是啥?

只是有很多可能性和猜測。首先,關於暗物質本身,我們知道它的質量相當高。

暗物質的來源就是因為宇宙間似乎有很多看不見的東西,但是卻能產生極大的引力,使得在天文觀測時,宇宙間的引力居然失衡了。於是科學家就猜測:有一種我們看不見的物質,搗亂了宇宙間的引力。

這就是暗物質。根據對天文的觀測,科學家發現這玩意的含量,多的可怕,大約佔宇宙間的總質量70%左右。

而這玩意究竟是什麼呢?科學家現在雖然沒有一個足夠說服力的定論,但是證據最多而且可能性最高的目前觀點,是一種叫做軸子的粒子。這傢伙在標準模型當中的質量極輕,而且不易發生碰撞(基本上是碰不到,在我的科幻小說《紅巨》裡有過描述),更不易被觀測到。這玩意在暴漲理論當中,是可以廣泛的存在而且非常多的,可以猜測它們在宇宙當中是起源於大爆炸之後。

而最近的一些研究,也似乎指向這個粒子。

再說說關於暗能量的事。其實暗能量究竟是什麼,現在科學家雖然沒有定論,但是已經有初步結論了,那就是暗能量幾乎可以確定它和卡西米爾效應所產生的“卡西米爾能量”有關,這是一種空間當中的本底能,它的存在是起源於量子力學當中的“德布羅意波”。眾所周知,粒子必須以一種德布羅意波動的方式進行運動,那麼,假設把空間的動能量降低到最低(也就是真空狀態下的絕對零度),粒子依然還會有一股動能存在,這股動能就是空間當中才量子漲落,1947年科學家卡西米爾就做了實驗,驗證了它的存在。

那這玩意和暗能量有啥關係呢?很簡單,因為現在已經觀測到的暗能量所產生的各種效應啊、現象啊,和卡西米爾能量基本上完全吻合。就是難題在於,宇宙間的卡西米爾能量密度,似乎沒有暗能量的密度高,這就說不過去了。所以科學家現在還在研究,究竟為嘛會這樣。

所以,這就是暗物質和暗能量的現在狀況。


賴仲達


暗物質和暗能量最明顯的地方,暗物質的力往內,而暗能量的力往外。既然大家都不知道原因?我想打個簡單的比喻,若把中國漢字“兒”比作兩邊相對,欲要靠近去碰撞的能量場為暗物質;而漢字“女”比作兩邊相對過後相離開的膨脹能量場為暗能量。那麼一個向內為引力,一個向外就為斥力。


初探者


簡單來說,暗物質和暗能量是兩種概念。暗物質是一種目前無法在電磁波段直接觀測到的物質,但它們會像普通物質一樣產生引力作用。而暗能量是一種目前無法在電磁波段直接觀測到的能量,不同於能夠產生引力作用的普通物質和暗物質,暗能量會產生排斥引力的作用。暗物質和暗能量是現代宇宙學中最為重大的兩個謎團,目前天文學家對它們的瞭解十分有限,只能推斷出它們的存在。

我們平時所能看到的物質被稱作重子物質,因為它們都是由質子和中子組成,而由三個夸克組成的質子和中子都被稱作重子。天文學家在觀測星系中恆星的旋轉速度時發現,隨著恆星與星系中心的距離越來越遠,恆星的旋轉速度並沒有變慢,而是基本維持不變。如果宇宙中只有重子物質,那麼,靠近星系邊緣的恆星不可能會有如此高的旋轉速度,這表明星系中可能還存在著大量能夠產生引力作用的非重子物質,即所謂的暗物質。此外,星系產生的引力透鏡現象也能表明暗物質的存在。

另一方面,暗能量的存在與宇宙加速膨脹有關。觀測顯示,宇宙空間的擴張速度正在變得越來越快。如果宇宙中只存在引力作用,那麼,宇宙空間的擴張速度將會變得越來越慢。因此,宇宙空間中還遍佈著一種具有排斥引力作用的能量——暗能量。不過,暗能量的作用尺度在整個宇宙,而在局部範圍內引力作用更強,所以銀河系的結構才能維持穩定,地球和太陽等天體才會形成。


火星一號


暗物質是現在為止只能觀察到其作用,不能觀察到其本身的特定物質。他們的作用如星系在如此旋轉速度下不解體。暗物質,可能是流浪的黑洞,黑矮星,行星,甚至空間。暗能量是違揹物質之間引力,加入使物質相互分離的動力來源。我個人認為,個人認為,可能是我們所在的本宇宙以外的總宇宙對我們的本宇宙的引力加速。


古道熱青


感謝提問!

要回答這個問題,我們需要理解暗物質和暗能量分別是什麼?

1、暗物質,簡言之就是可能存在於宇宙中的一種不可見的物質(無法直接觀測),它可能是宇宙物質的主要組成部分,但又不屬於構成可見天體的任何一種目前已知的物質;

2、暗能量,簡言之就是一種不可見的、能推動宇宙運動的能量,宇宙中所有的恆星和行星的運動皆是由暗能量與萬有引力來推動的。

理解了暗物質和暗能量的定義就不難發現,從字面“暗”上來講,暗物質和暗能量都是現有的科學技術無法看到的,這是二者間的共同點。

而同樣扣字面意思“物質”和“能量”,一種是“物”,一個是“力”,即暗物質是具有引力效應使得普通物質聚集在一起,暗能量則是具有負壓效應使得物質間膨脹!

以上,歡迎批評指正!


地理那些事


我不知道暗物質,暗能量應該有。暗能量其實就是顯負電性的物質例如宇宙中的黑洞就是負電星球,也就是負能量體。


能量平衡德行天下


要想理解暗物質和暗能量的區別,就要先知道什麼是物質什麼是能量,物質是構成萬事萬物的元素,能量是這些元素互相作用的動力,所有物質都是有力場的,這些力場是通過能量來實現的,宇宙中,不被觀察到的物質,被人定義為暗物質,暗物質跟其他物質互相運用的動力來源,就被定義為暗能量,因為是物質,所以它具有引力,而暗能量為暗物質提供動力的同時也使其達到相對穩定狀態!


郭201143439


它們之間的關係就跟明物質和明能量之間一樣,也會遵循一個守恆定律。裡面也會自成一體,也會有無窮演變。


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