宇宙中的黑暗物质是什么？

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暗物质 Dark Matter

什么是暗物质?暗物质(包括暗能量)被认为是宇宙研究中最具挑战性的课题,它代表了宇宙中90%以上的物质含量,而我们可以看到的物质只占宇宙总物质量的10%不到(约5％左右).暗物质无法直接观测得到,但它却能干扰星体发出的光波或引力,其存在能被明显地感受到.科学家曾对暗物质的特性提出了多种假设,但直到目前还没有得到充分的证明.

几十年前,暗物质(dark matter)刚被提出来时仅仅是理论的产物,但是现在我们知道暗物质已经成为了宇宙的重要组成部分.暗物质的总质量是普通物质的6.3倍,在宇宙能量密度中占了1/4,同时更重要的是,暗物质主导了宇宙结构的形成.暗物质的本质现在还是个谜,但是如果假设它是一种弱相互作用亚原子粒子的话,那么由此形成的宇宙大尺度结构与观测相一致.不过,最近对星系以及亚星系结构的分析显示,这一假设和观测结果之间存在着差异,这同时为多种可能的暗物质理论提供了用武之地.通过对小尺度结构密度、分布、演化以及其环境的研究可以区分这些潜在的暗物质模型,为暗物质本性的研究带来新的曙光.

大约65年前,第一次发现了暗物质存在的证据.当时,弗里兹·扎维奇发现,大型星系团中的星系具有极高的运动速度,除非星系团的质量是根据其中恒星数量计算所得到的值的100倍以上,否则星系团根本无法束缚住这些星系.之后几十年的观测分析证实了这一点.尽管对暗物质的性质仍然一无所知,但是到了80年代,占宇宙能量密度大约20%的暗物质以被广为接受了.

暗能量

宇宙学中,暗能量是某些人的猜想,指一种充溢空间的、具有负压强的能量.按照相对论,这种负压强在长距离类似于一种反引力.如今,这个猜想是解释宇宙加速膨胀和宇宙中失落物质等问题的一个最流行的方案.

暗能量主要有两种模型：宇宙学常数（即一种均匀充满空间的常能量密度）和quintessence（即一个能量密度随时空变化的动力学场）.区分这两种可能需要对宇宙膨胀的高精度测量和对膨胀速度随时间变化更深入的理解.因为宇宙膨胀速度由宇宙学物态方程来描写,所以测量暗物质的物态方程是当今观测宇宙学的最主要问题之一.

暗能量它是一种不可见的、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来推动的.之所以暗能量具有如此大的力量,是因为它在宇宙的结构中约占73%,占绝对统治地位.暗能量是近年宇宙学研究的一个里程碑性的重大成果.支持暗能量的主要证据有两个.一是对遥远的超新星所进行的大量观测表明,宇宙在加速膨胀.按照爱因斯坦引力场方程,加速膨胀的现象推论出宇宙中存在着压强为负的"暗能量".另一个证据来自于近年对微波背景辐射的研究精确地测量出宇宙中物质的总密度.我们知道所有的普通物质与暗物质加起来大约只占其1/3左右,所以仍有约2/3的短缺.这一短缺的物质称为暗能量,其基本特征是具有负压,在宇宙空间中几乎均匀分布或完全不结团.最近WMAP数据显示,暗能量在宇宙中占总物质的73％.值得注意的是,对于通常的能量（辐射）、重子和冷暗物质,压强都是非负的,所以必定存在着一种未知的负压物质主导今天的宇宙.

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其他回答

我的思维里就是黑洞 - -！

其他类似问题

问题1：宇宙暗物质到底是什么东西?[物理科目]

【Jeremiah P. Ostriker和Paul Steinhardt 著 Shea 译】几十年前,暗物质(dark matter)刚被提出来时仅仅是理论的产物,但是现在我们知道暗物质已经成为了宇宙的重要组成部分.暗物质的总质量是普通物质的6倍,在宇宙能量密度中占了1/4,同时更重要的是,暗物质主导了宇宙结构的形成.暗物质的本质现在还是个谜,但是如果假设它是一种弱相互作用亚原子粒子的话,那么由此形成的宇宙大尺度结构与观测相一致.不过,最近对星系以及亚星系结构的分析显示,这一假设和观测结果之间存在着差异,这同时为多种可能的暗物质理论提供了用武之地.通过对小尺度结构密度、分布、演化以及其环境的研究可以区分这些潜在的暗物质模型,为暗物质本性的研究带来新的曙光.

大约65年前,第一次发现了暗物质存在的证据.当时,弗里兹·扎维奇（Fritz Zwicky）发现,大型星系团中的星系具有极高的运动速度,除非星系团的质量是根据其中恒星数量计算所得到的值的100倍以上,否则星系团根本无法束缚住这些星系.之后几十年的观测分析证实了这一点.尽管对暗物质的性质仍然一无所知,但是到了80年代,占宇宙能量密度大约20%的暗物质以被广为接受了.

在引入宇宙暴涨理论之后,许多宇宙学家相信我们的宇宙是平直的,而且宇宙总能量密度必定是等于临界值的（这一临界值用于区分宇宙是封闭的还是开放的）.与此同时,宇宙学家们也倾向于一个简单的宇宙,其中能量密度都以物质的形式出现,包括4%的普通物质和96%的暗物质.但事实上,观测从来就没有与此相符合过.虽然在总物质密度的估计上存在着比较大的误差,但是这一误差还没有大到使物质的总量达到临界值,而且这一观测和理论模型之间的不一致也随着时间变得越来越尖锐.

当意识到没有足够的物质能来解释宇宙的结构及其特性时,暗能量出现了.暗能量和暗物质的唯一共同点是它们既不发光也不吸收光.从微观上讲,它们的组成是完全不同的.更重要的是,像普通的物质一样,暗物质是引力自吸引的,而且与普通物质成团并形成星系.而暗能量是引力自相斥的,并且在宇宙中几乎均匀的分布.所以,在统计星系的能量时会遗漏暗能量.因此,暗能量可以解释观测到的物质密度和由暴涨理论预言的临界密度之间70-80%的差异.之后,两个独立的天文学家小组通过对超新星的观测发现,宇宙正在加速膨胀.由此,暗能量占主导的宇宙模型成为了一个和谐的宇宙模型.最近威尔金森宇宙微波背景辐射各向异性探测器（Wilkinson Microwave Anisotrope Probe,WMAP）的观测也独立的证实了暗能量的存在,并且使它成为了标准模型的一部分.

暗能量同时也改变了我们对暗物质在宇宙中所起作用的认识.按照爱因斯坦的广义相对论,在一个仅含有物质的宇宙中,物质密度决定了宇宙的几何,以及宇宙的过去和未来.加上暗能量的话,情况就完全不同了.首先,总能量密度（物质能量密度与暗能量密度之和）决定着宇宙的几何特性.其次,宇宙已经从物质占主导的时期过渡到了暗能量占主导的时期.大约在“大爆炸”之后的几十亿年中暗物质占了总能量密度的主导地位,但是这已成为了过去.现在我们宇宙的未来将由暗能量的特性所决定,它目前正时宇宙加速膨胀,而且除非暗能量会随时间衰减或者改变状态,否则这种加速膨胀态势将持续下去.

不过,我们忽略了极为重要的一点,那就是正是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.

但是如果我们不了解暗物质的性质,就不能说我们已经了解了宇宙.现在已经知道了两种暗物质--中微子和黑洞.但是它们对暗物质总量的贡献是非常微小的,暗物质中的绝大部分现在还不清楚.这里我们将讨论暗物质可能的候选者,由其导致的结构形成,以及我们如何综合粒子探测器和天文观测来揭示暗物质的性质.

问题2：宇宙中物质是从哪里来宇宙外面又是什么?[物理科目]

我们来想想,地球与太阳系、太阳系与银河系之间是一个轨道的关系.如果单独讨论地球、太阳系都有相对固定的轨道,正是因为我们目前无法发现宇宙的轨迹,所以只能暂时把宇宙定位为最大,至于宇宙外面,没有科学依据只能猜测了……其实宇宙的外面每个人都能经历一次或长时间的做停留,但要到达那个地方,只有人的寿命走到终点之后才行,很多人做过濒临死亡的实验,每次结果都是他们要走过一个空间的道路,其实这段路是从地球走到宇宙外的捷径,有人会说从地球到宇宙的外面怎么可能走走就到了呢?其实走过着条路的时候,我们是用步行的速度移动,而这条道路或者可以说是空间自己本身也在移动,只不过它是以比光速更快的速度往我们步行的反方向移动,比光速更快的速度能把时间留住,一切就像刚过去一秒或一分而已,所以我们能很快的进入那个世界,那个世界其实是我们生命的另一个开始,那里的一切和我们之前生活的地球决不一样,有可能是相反的,那里包括一切宇宙中存在的生命,有高智慧的生物也有低智慧的天文学家通过长期观测发现,在宇宙中有一些引力非常大却又看不到任何天体的区域,这种奇异天文现象的主要特征是：1、这个区域有很强的磁场和引力,不断吞噬大量的星际物质,一些物质在它周围运行轨迹会发生变化形成圆形的气体尘埃环；2、它有很大的能量,可以发出极强的各类射线辐射；3、由于它极大的引力作用,光线在它附近也会发生弯曲变化.的确,通过观测到的大量间接征兆可以证实它的存在,却无论如何没能直接看到它.于是一些天文学家想象的认为它是一种恒星塌缩后,质量、密度很大的暗天体,美国物理学家惠勒给它取了一个有趣的名字“黑洞”.\x0d在进入宇航时代的今天,世界各国已拥有各种先进的天文观测设备,如大口径配有极灵敏接受器的光学望远镜,大型射电天文望远镜,突破了地球大气层包围的哈勃空间望远镜等.天文观测已触及到距地球100亿光年以外的遥远天体,从河外星系到宇宙尘埃都可以一览无余,甚至像几万公里外一支小蜡烛那么微弱的光也能观测到,而唯独对“黑洞”却无能为力,确有些不合逻辑.如果它真是一种质量、密度很大,磁场、引力极强的“天体”,为什么至今看不到它的庐山真面目呢? 原因很简单,“黑洞”并不是一种实体星球,而是宇宙天体运动时产生的各种“磁场旋涡”现象,它的能量、射线辐射主要都是由磁场力作用产生的,因为它的构成物质密度非常稀薄,光线发射极其微弱,所以根本无法在远距离用光学仪器观察到它的形状,按其形态和性质说来它倒真是一个名副其实的“黑暗磁场旋涡洞”.\x0d设想如果“黑洞”是一种物质构成密度非常大的“天体”,那么,在“黑洞”与物质密度相对极小的宇宙空间两者应该是有分界面的.根据光的反射、折射原理,当光投在两种物质的分界面时会有反射和折射现象的,这一点已经从宇宙中所有不发光天体都能够反光得到证实,无一例外.所以,从“黑洞”不能反射光线这一点说明“黑洞”虽然有很强的吸引力,但是它的物质构成密度非常稀薄,还不足以达到反射光线的程度（并不是光线由于被它吸引无法脱离而不能反射）.当光线与它相遇时,只能是穿它而过了,没有明显的光反射和折射现象.因此也就无法通过光学观测直接看到它的形状,而只能用其它天文观测方式,通过“黑洞”急速旋转运动中产生的极强各类射线辐射来证实它的存在.科学家通过哈勃望远镜上的高速光度计在1992年对天鹅座X-1的一批观察数据进行分析时,发现了两个迅速衰减并很快消失的紫外线脉冲阵列.这种现象与理论预言的物质落进黑洞视界时释放辐射的特征正相符合.至于光线在“黑洞”附近会发生弯曲的现象,是因为光波本身就是一种频率很高的电磁波,光现象本质就是一种电磁现象,所以,光线在“黑洞”附近由于受其磁场引力作用而发生弯曲现象是很自然的.\x0d宇宙中一切天体都不是孤立存在的、所有物质之间都有千丝万缕的相互内在联系.“黑洞”现象的产生也不是偶然的,而是在自然规律内物质循环演变过程中一个重要的环节.整个自然界是由不断运动着的物质所组成,绝对静止的物质是不存在的,物质运动必然会产生磁场,天体和磁场是不可分割的整体,只要天体存在,它周围就一定有磁场存在.各类物质结构由于运动方向的不同,运动速度的差异,会产生无数大小不一、强弱不同的磁场旋涡,这种磁场旋涡就是神秘的“黑洞”.大的物质结构产生大的磁场旋涡,如星系中心的“黑洞”（银河系中心）；小的物质结构产生小的磁场旋涡,如恒星之间的“黑洞”（天鹅座X-1）.\x0d自然界决定物质能量大小有两个重要因素：一是物质的质量；二是物质的运动速度.由于磁场具有力和能的特征,所以“黑洞”虽然构成物质密度很小,但因为它有极快的旋转运动速度,当组成它的物质凝聚向一个方向作有序运动时,便产生很大的能量和极强的引力.宇宙中一些分散的呈气态的氢、氧类物质和呈固态的硅、铁类尘埃物质,受“黑洞”吸引力作用,在“黑洞”附近运动方向发生变化,向其中心高速旋进,会形成围绕“黑洞”中心运动的圆形气体尘埃环.“黑洞”虽然不能直观地看到,但可以通过它向外发出的各类射线辐射现象提示它的形态.国外有报道,哈勃望远镜已拍摄到“黑洞”周围边缘呈翘曲状的尘埃圆盘,这就更形象的证实了“黑洞”的旋涡性质和真实形态以及旋涡多呈漏斗状的特点.\x0d其实宇宙中这些各类“黑洞”的运动形态和形成原理就像我们用肉眼可以观察到的许多自然涡流现象一样.如地球上大气运动产生的热带气旋--“台风”,在“台风”外围是急速旋转的气流形成的急风暴雨区域,能量非常大,而在空气涡流中心区域--“台风眼”,由于空气稀薄,压力相对较小,对周围产生很大吸引力,因此气流不易进入,反而是风平浪静的区域,从卫星图上可以清晰地看到“台风”的圆形旋涡状云团.还有江河湖海中的水涡流也是圆形旋涡状的,水涡流同样有很大的能量和吸引力,当物体接近时会被吸引进漩涡之中.“黑洞”就像“台风”、“水流漩涡”这些可以直观的涡流现象,是宇宙中物质运动的产物.它的巨大能量和引力主要来自物质急速运动产生的磁场.“黑洞”中心是外界物质不易进入、有形物质极少的区域,所以,在“黑洞”的中心都是空白区域.因为它对周围物质的吸引力在各方向基本是均匀的,一般“黑洞”周围物质运行的轨迹都是圆形旋涡状的.由于“黑洞”物质分布密度的不同,周围还会伸出一些旋臂（如可见的星系旋臂）,造成同方向辐射强弱程度不同的射线脉冲现象（即脉冲星）.\x0d在“黑洞”引力吸积过程中,物质的数量和密度不断增加,磁场旋涡范围会相应增大,能量和引力明显加强,又会吸引更多的物质,如此像滚雪球一样不断发展.当“黑洞”周围物质达到相当体积和密度时,对光的反射、折射作用逐步增强,到了一定程度便发展成为可以通过光学望远镜直接观察到的有形天体--“星云”,正是从恒星级“黑洞”中孕育出新生的天体“星云”.这种初期的有形天体多呈环状（环状星云）,它的构成物质相对仍很稀薄,所以,形状非常模糊.随着“星云”体积不断膨胀,便开始了几十亿年以上向“恒星”发展的演变进程.\x0d宇宙中所有天体的存在形式和演变过程都是由自然规律所决定的,“黑洞”也不例外.一但我们通过表面现象揭示出它的本质和与自然规律的内在联系,包括“黑洞”在内的各种奇异天象便不难解释了

问题3：宇宙中的暗物质在宇宙中究竟起到什么作用[物理科目]

暗物质从来没有被真正观测到过.他只是一个计算得出的推论,还停留在假说和验证阶段.事实上,宇宙中最终凝结成密度相对较高的物质团并不多,最终受到巨大压缩导致核反应发光发热的物质团（恒星）就更是很少一部分.现代理论认为宇宙中只有大约10%-20%左右的物质最终压缩成为星体发光被人们观察到.更多的物质团密度极小,散布于宇宙广袤的空间内,人们无法观测.但是宏观上他们的质量却是极大的,其引力效应不容忽视.由此引申的暗能量则更神秘了,人们连其理论框架也没有,它只产生斥力,这也纯粹是物理学计算推论的假说.

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问题4：宇宙中的黑暗物质到底是什么?

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问题5：宇宙中的暗物质是什么东西呀?

暗物质 Dark material

【Jeremiah P.Ostriker和Paul Steinhardt 著 Shea 译】几十年前,暗物质(dark matter)刚被提出来时仅仅是理论的产物,但是现在我们知道暗物质已经成为了宇宙的重要组成部分.暗物质的总质量是普通物质的6倍,在宇宙能量密度中占了1/4,同时更重要的是,暗物质主导了宇宙结构的形成.暗物质的本质现在还是个谜,但是如果假设它是一种弱相互作用亚原子粒子的话,那么由此形成的宇宙大尺度结构与观测相一致.不过,最近对星系以及亚星系结构的分析显示,这一假设和观测结果之间存在着差异,这同时为多种可能的暗物质理论提供了用武之地.通过对小尺度结构密度、分布、演化以及其环境的研究可以区分这些潜在的暗物质模型,为暗物质本性的研究带来新的曙光.