張曉辰雖然對於這些東西,陌生感更多一些,但是如果人們不瞭解暗物質的性質,就不能說已經瞭解了宇宙。現已經知道了兩種暗物質—中微子和黑洞不過其未被證實)。但是它們對暗物質總量的貢獻是非常微小的,暗物質中的絕大部分至今仍未還不清楚。
宇宙暗能量其基本特徵是具有負壓,在宇宙空間中幾乎均勻分佈或完全不結團。在ap資料顯示,暗能量在宇宙中佔總物質的不到70。值得注意的是,對於通常的能量輻射)、重子和冷暗物質,壓強都是非負的,所以必定存在著一種未知的負壓物質主導今天的宇宙。
宇宙的運動都是旋渦型的,所以暗能量總是以一種旋渦運動的形式出現。所以,在暗能量的旋轉範圍內能形成一種旋渦場,我們稱之為暗能量旋渦場,簡稱為旋渦場。用en來表示太陽系的暗能量,用ep來表示物質繞太陽系中心運動的總動能。當en=ep時,太陽系旋渦場處於平衡狀態,它既不會膨脹也不會收縮。但當en衰退時,太陽系旋渦場就會收縮,太陽系中所有的行星就會向太陽靠近。
要提及暗能量,不得不先提及另外一個和它密切相關的概念—暗物質,之所以將其稱之為暗物質而不是物質就是因為它與一般的普通物質有著根本性的區別。普通物質就是那些在一般情況下能用眼睛或藉助工具看的見、摸得著的東西,小到原子、大到宇宙星體,近到身邊的各種物體遠到宇宙深處的各種星系。
普通物質總是能與光或者部分波發生相互作用或者在一定的條件下自身就能發光、或者折射光線,從而被人們可以感知、看見、摸到或者藉助儀器可以測量得到,但是暗物質恰恰相反,它根本不與光發生作用更不會發光,因為不發光又與光不發生任何作用,所以不會反射、折散或散射光即對各種波和光它們都是百分之百的透明體!
所以在天文上用光的手段絕對看不到暗物質,不管是電磁波、無線電還是紅外射線、伽馬射線、x射線這些統統都毫無用處,故爾不被人們的感知所感覺也不被儀器所觀測,故此為了區分普通物質和這種特殊的物質而將這種特殊的物質稱之為“暗物質”。
“暗能量”相比較暗物質更是奇特的有過之而無不及,因為它只有物質的作用效應而不具備物質的基本特徵,所以都稱不上物質故爾將其稱之為“暗能量”,“暗能量”雖然也不被人們所感覺也不被現時各種儀器所觀測,但是人們憑藉理性思維可以預測並感知到它的確存在。由於微波背景輻射的細緻觀測(ap的精密資料,supernovaeia的資料),呈現以下一些驚人的觀測結果和資料:
1.宇宙年齡是137±2億年。<pc。
3.宇宙呈現以下結構,宇宙總質量(100)≌重子+輕子(4.4)+熱暗物質(≤2)+冷暗物質(≈20)+暗能量(不到70),而總密度Ω0=1.02±0.02,亦即恰好差不多等同於平直空間所要求的臨界密度。這個公式的意思是,在整個宇宙中我們所看到的星系只佔整個宇宙的約4左右,其餘約96的物質都是我們看不見、不瞭解的東西。)
4.“暗能量”將呈現一些前所未有的一些全新的性質:物質的狀態方程由p=pn所表示,(其中p是壓力,p是密度,是某一常數,n是某一數值),普通物質≥0,p≥0,p≥0,這就意味著物質所產生的壓力錶現為正數、正值。
暗能量的發現過程極富戲劇性。按照宇宙大爆炸理論,在大爆炸發生之後,隨著時間的推移,宇宙的膨脹速度將因為物質之間的引力作用而逐漸減慢,就像緩慢踩了剎車的汽車一樣。也就是說,距離地球相對遙遠的星系,其膨脹速度應該比那些近的星系慢一些。
但1998年,美國加州大學伯克利分校ucberkeey)物理學伯克利國家實驗室utter),以及澳大利亞國立大學布賴恩施密特idt)分別領導的兩個小組,透過觀測發現,那些遙遠的星系正在以越來越快的速度遠離我們。換句話說,宇宙是在加速膨脹,彷彿一輛不斷踩油門的汽車,而不是像此前科學家所預測的那樣處於減速膨脹狀態。
這樣一個完全出乎意料的觀測結果,從根本上動搖了對宇宙的傳統理解。那麼到底是什麼樣的力量,在促使所有的星系或者其他物質加速遠離呢?科學家們將這種與引力相反的斥力來源,稱為“暗能量”。但“暗能量”到底意味著什麼?至今我們能夠給出的,只是一個十分粗略的宇宙結構“金字塔圖景”:所熟悉的世界,即由普通的原子構成的一草一木、山河星月,僅佔整個宇宙的4,相當於金字塔頂的那一塊。
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下面的22,則為暗物質。這種物質由仍然未知的粒子構成,它們不參與電磁作用,無法用肉眼看到。但其和普通物質一樣,參與引力作用,因此仍可能探測到。作為塔基的74,則由最為神秘的暗能量構成。它無處不在,無時不在,由於我們對其性質知之甚少,所以科學家還不清楚如何在實驗室中驗證其存在。惟一的手段,仍然是透過天文觀測這種間接手段來了解其奧秘。
對ia型別超新星supernova)的爆發進行觀測,則是目前最主要觀測手段。這種超新星是由雙星系統中的白矮星hitedarf)爆炸形成的,亮度幾乎恆定。這樣,透過測量其亮度,就可以知道其和地球之間的距離,進而瞭解其速度。
藉助哈勃這樣靈敏的天文儀器的幫助,我們至少可以觀測到90億光年之外,即瞭解宇宙在90億年前的資訊。霍普金斯大學教授阿德姆瑞斯展示的最新“暗能量”場景如下:
在大爆炸後的初期,宇宙經歷了一個急速膨脹階段。此後,由於暗物質以及物質之間的距離非常接近,在引力作用下,宇宙的膨脹速度開始減速。
然而,至少在90億年前,宇宙中另外一種力量——表現為排斥力的發生的量的暗能量已經出現,並且開始逐步抵消引力作用。
隨著宇宙的膨脹,不斷增長的暗能量終於在大約50億至60億年前超越引力。此後,宇宙從減速膨脹,轉變為加速膨脹狀態,並且一直持續至今。
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