03.03 宇宙中的暗物质和暗能量有什么区别?

宇宙观察记录


暗物质和暗能量虽然名字相似,但区别还是不小。下面分别介绍一下。

暗物质

在对宇宙的探索过程中,人们发现了一些奇怪的现象。举两个例子:

◆ 宇宙中存在各种各样的星系,它们不停地旋转着,速度各不相同。根据牛顿经典力学理论可得,星系质量越大,旋转速度越快。对一个星系,人们根据其可见物质的质量计算得出它的旋转速度,然而发现观测到的旋转速度比理论计算值大很多。也就是说,星系的实际质量远大于其包含的可见物质质量。那么有理由认为,多出来的那部分质量对应一种看不见的神秘物质。

◆ 当两个星系团碰撞时,它们中的星际物质会和恒星物质发生分离。红色区域是星际物质,蓝色区域是恒星物质。前者的质量远大于后者,所以碰撞之后大部分质量应该集中在红色区域。但实际观测结果却恰恰相反。这说明在蓝色区域极可能还有一种看不见的物质,并且它的质量远大于恒星物质。

例子还有很多,不再一一列举。总之一句话:种种奇怪的现象支持一种“看不见的物质”的存在,它可以很好地解释这些现象。由于我们看不见它,所以把它命名为“暗物质”。它约占全宇宙的26.8%。


暗能量

上个世纪初,天文学家哈勃发现了宇宙正在不断膨胀,但他并不知道宇宙膨胀的速度是越来越慢还是越来越快。一开始多数科学家认为是越来越慢,因为宇宙中物质之间存在的相互吸引的引力阻碍着宇宙膨胀。然而观测的结果却是越来越快(2011年两个超新星观测团队的领头人因为观测到此而获诺奖)。这说明有一种排斥力抵消并超过了物质之间的引力。问题来了:这种排斥力从何而来?

解决这个问题要用到广义相对论。

经典力学中,只有质量才能产生引力。因为质量总是正的,所以引力总是相互吸引的(要不怎么叫引力呢!)。

但是广义相对论中,不仅质量能产生引力,物质分布所出现的压强也能。压强可以为正也可以为负,通过数学推导得出,当压强

p

时(ρ表示物质密度,c表示光速),引力会表现为排斥力。


因此人们推断,宇宙中充满一种压强为负的“物质”,导致宇宙加速膨胀。但不管是普通物质还是暗物质,压强都为正。所以人们猜测这种“物质”是以能量的方式存在,又因为我们也看不见它,“暗能量”这个名就定下来了。它约占全宇宙的68.3%。


可以看出,暗物质和暗能量区别比较大,除了第一个字一样、都不发光不反射光、含量都远大于普通物质之外,就基本没啥共同点了。

PS:关于这两个“宇宙神秘角色”,仍然有一些谜团,人类还有很长的路要走。如果它们得到解决,科学将发生一次伟大的飞跃。期待人类能早日解决。


Piscester


暗物质是一种物质

暗物质是一种物质,有质量的,只是看不到。

它不发光,也反光,所以用现在人类观察宇宙的手段是看不到的。实际上暗物质不仅仅是不与光发生作用,也不与我们的常规物质发生作用。比如银河系有大量的暗物质,所以太阳系是在暗物质中穿行,但我们完全感觉不到。


像什么呢?象云团,太阳就像飞机,穿过云团没有任何感觉。

它有质量,所以有万有引力效应。根据万有引力效应, 我们能发现暗物质。天文学家根据暗物质的引力效应,用计算机可以将它的分布画出来。

暗物质的观测必须用较大的尺度,一般是星系大小的尺度,才能发现它的疏密变化。现在我们知道,星系以上的尺度的天体结构基本上都是暗物质唱主角。

暗物质发现较早,距今已经有100年了。暗物质是什么目前物理学家还没有找到答案,但已经有了很多线索,谁要是能弄懂暗物质的本质,那就是21世纪最重要的科学成果,诺奖都不够奖励的。

暗能量是一种力

宇宙在加速膨胀。加速,意味着有斥力,而所有的物质,无论是常规物质还是暗物质都产生的是引力,存在引力宇宙应该是膨胀减速啊?但是观察结果发现,宇宙在加速膨胀。科学家将这种不明白的斥力称为暗能量。

暗能量发现较晚,大概也就20多年前才发现的。因为这在哈勃望远镜升空后,大规模天文观测,大规模测量基础数据,然后才发现的加速膨胀。

暗能量的观测需要用更大的尺度,至少是星系群,一般需要超星系群尺度,然后才能发现暗能量分布上的差异。

由于发现的晚,我们当然也不知道暗能量是啥,而且连线索都没有。有人提出过各种假说,其中有一个是,暗能量就是宇宙的真空能量。因为根据量子理论,真空有量子涨落,这个就是真空的能量,很小,但当真空范围很大时,它就体现出来了。似乎有道理,但也有很多不通的地方,比如暗能量也不是绝对均匀,所以并不被科学家们认可。


海螺008


首先,对于这件事,我们必须要先明白一点:暗物质和暗能量,物理学家至今仍未搞清楚原因和它们的来源,它们是啥?

只是有很多可能性和猜测。首先,关于暗物质本身,我们知道它的质量相当高。

暗物质的来源就是因为宇宙间似乎有很多看不见的东西,但是却能产生极大的引力,使得在天文观测时,宇宙间的引力居然失衡了。于是科学家就猜测:有一种我们看不见的物质,捣乱了宇宙间的引力。

这就是暗物质。根据对天文的观测,科学家发现这玩意的含量,多的可怕,大约占宇宙间的总质量70%左右。

而这玩意究竟是什么呢?科学家现在虽然没有一个足够说服力的定论,但是证据最多而且可能性最高的目前观点,是一种叫做轴子的粒子。这家伙在标准模型当中的质量极轻,而且不易发生碰撞(基本上是碰不到,在我的科幻小说《红巨》里有过描述),更不易被观测到。这玩意在暴涨理论当中,是可以广泛的存在而且非常多的,可以猜测它们在宇宙当中是起源于大爆炸之后。

而最近的一些研究,也似乎指向这个粒子。

再说说关于暗能量的事。其实暗能量究竟是什么,现在科学家虽然没有定论,但是已经有初步结论了,那就是暗能量几乎可以确定它和卡西米尔效应所产生的“卡西米尔能量”有关,这是一种空间当中的本底能,它的存在是起源于量子力学当中的“德布罗意波”。众所周知,粒子必须以一种德布罗意波动的方式进行运动,那么,假设把空间的动能量降低到最低(也就是真空状态下的绝对零度),粒子依然还会有一股动能存在,这股动能就是空间当中才量子涨落,1947年科学家卡西米尔就做了实验,验证了它的存在。

那这玩意和暗能量有啥关系呢?很简单,因为现在已经观测到的暗能量所产生的各种效应啊、现象啊,和卡西米尔能量基本上完全吻合。就是难题在于,宇宙间的卡西米尔能量密度,似乎没有暗能量的密度高,这就说不过去了。所以科学家现在还在研究,究竟为嘛会这样。

所以,这就是暗物质和暗能量的现在状况。


赖仲达


暗物质和暗能量最明显的地方,暗物质的力往内,而暗能量的力往外。既然大家都不知道原因?我想打个简单的比喻,若把中国汉字“儿”比作两边相对,欲要靠近去碰撞的能量场为暗物质;而汉字“女”比作两边相对过后相离开的膨胀能量场为暗能量。那么一个向内为引力,一个向外就为斥力。


初探者


简单来说,暗物质和暗能量是两种概念。暗物质是一种目前无法在电磁波段直接观测到的物质,但它们会像普通物质一样产生引力作用。而暗能量是一种目前无法在电磁波段直接观测到的能量,不同于能够产生引力作用的普通物质和暗物质,暗能量会产生排斥引力的作用。暗物质和暗能量是现代宇宙学中最为重大的两个谜团,目前天文学家对它们的了解十分有限,只能推断出它们的存在。

我们平时所能看到的物质被称作重子物质,因为它们都是由质子和中子组成,而由三个夸克组成的质子和中子都被称作重子。天文学家在观测星系中恒星的旋转速度时发现,随着恒星与星系中心的距离越来越远,恒星的旋转速度并没有变慢,而是基本维持不变。如果宇宙中只有重子物质,那么,靠近星系边缘的恒星不可能会有如此高的旋转速度,这表明星系中可能还存在着大量能够产生引力作用的非重子物质,即所谓的暗物质。此外,星系产生的引力透镜现象也能表明暗物质的存在。

另一方面,暗能量的存在与宇宙加速膨胀有关。观测显示,宇宙空间的扩张速度正在变得越来越快。如果宇宙中只存在引力作用,那么,宇宙空间的扩张速度将会变得越来越慢。因此,宇宙空间中还遍布着一种具有排斥引力作用的能量——暗能量。不过,暗能量的作用尺度在整个宇宙,而在局部范围内引力作用更强,所以银河系的结构才能维持稳定,地球和太阳等天体才会形成。


火星一号


暗物质是现在为止只能观察到其作用,不能观察到其本身的特定物质。他们的作用如星系在如此旋转速度下不解体。暗物质,可能是流浪的黑洞,黑矮星,行星,甚至空间。暗能量是违背物质之间引力,加入使物质相互分离的动力来源。我个人认为,个人认为,可能是我们所在的本宇宙以外的总宇宙对我们的本宇宙的引力加速。


古道热青


感谢提问!

要回答这个问题,我们需要理解暗物质和暗能量分别是什么?

1、暗物质,简言之就是可能存在于宇宙中的一种不可见的物质(无法直接观测),它可能是宇宙物质的主要组成部分,但又不属于构成可见天体的任何一种目前已知的物质;

2、暗能量,简言之就是一种不可见的、能推动宇宙运动的能量,宇宙中所有的恒星和行星的运动皆是由暗能量与万有引力来推动的。

理解了暗物质和暗能量的定义就不难发现,从字面“暗”上来讲,暗物质和暗能量都是现有的科学技术无法看到的,这是二者间的共同点。

而同样扣字面意思“物质”和“能量”,一种是“物”,一个是“力”,即暗物质是具有引力效应使得普通物质聚集在一起,暗能量则是具有负压效应使得物质间膨胀!

以上,欢迎批评指正!


地理那些事


我不知道暗物质,暗能量应该有。暗能量其实就是显负电性的物质例如宇宙中的黑洞就是负电星球,也就是负能量体。


能量平衡德行天下


要想理解暗物质和暗能量的区别,就要先知道什么是物质什么是能量,物质是构成万事万物的元素,能量是这些元素互相作用的动力,所有物质都是有力场的,这些力场是通过能量来实现的,宇宙中,不被观察到的物质,被人定义为暗物质,暗物质跟其他物质互相运用的动力来源,就被定义为暗能量,因为是物质,所以它具有引力,而暗能量为暗物质提供动力的同时也使其达到相对稳定状态!


郭201143439


它们之间的关系就跟明物质和明能量之间一样,也会遵循一个守恒定律。里面也会自成一体,也会有无穷演变。


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