宇宙解码 - 宇宙的暴涨及暗能量暗物质

上一篇(左方向键) 下一篇(右方向键) 回目录(回车键) 粗体(B键)  正常(N键) 随机浏览(S键)   浏览次数:96    发布时间:2020/1/15 4:10:57   出处:宇宙解码   

  将宇宙极早期的历史追溯到10 秒。描述这一段宇宙极早期演化进程的模型称为暴涨模型。

  宇宙温度与宇宙尺度成反比,宇宙的暴涨意味着温度的猛降。暴涨阶段结束时,宇宙尺度猛增了几十个量级,温度也猛降了几十个量级。暴涨阶段过去之后,通过大量粒子产出的过程使宇宙重新加热,回到标准大爆炸模型所描述的正常演化轨道上来。

  暴胀前后宇宙温度与尺度的变化:

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  对称性是20世纪末物理学中最重要的中心思想之一。根据对成型原则,正、反粒子的数量应当是对称而相等的。如果正、反粒子数一直保持严格相等,所有物质粒子都湮灭掉了,就不会演化成今日的宇宙。在严格对称的基础上,出现了非常微小的不对称情形,理论物理学家们称之为对称性的破缺。

  美籍中国物理学家杨振宁和李政道于1956年最先指出的宇称不守恒现象是对称与破缺的一个实例。他们获得了1957年诺贝尔物理学奖。另一位美籍中国物理学家吴健雄通过实验证明了他们的结论。吴健雄获得1978年首届沃尔夫奖。

  对称性与破缺并存才创就了今日的宇宙。神秘而和谐的大自然自身的美,与人类心灵深处的美是相通的:“对称性+破缺=美”这条人文科学美学中的原则,居然在宇宙创生极早期的过程中被体现出来,而那时人类还远没有诞生,这真是不可思议。

  宇宙将如何终结

  举世公认的标准宇宙模型指出,显示宇宙起源于137亿年前的一次大爆炸(突发性的空间膨胀事件)。直到今天,膨胀仍在继续。未来宇宙将会一直膨胀下去,还是膨胀到一定程度重又收缩回来,关键在于整个宇宙的物质平均密度。宇宙膨胀是当初“大爆炸”给它的力,如果膨胀运动所具有的速度超过由宇宙质量决定的逃逸速度,那么膨胀就会永远继续下去;反之,如果膨胀速度小于逃逸速度,膨胀终会停止并转为收缩。临界情况就是两个速度刚好相等。与之相应的宇宙物质平均密度称为临界密度。理论上给出的临界密度值为10 克/厘米 ,这相当于每立方米体积有6个质子或中子的质量。

  永远膨胀下去的宇宙称为开宇宙。开宇宙的平均温度将越来越低,所有恒星的热核反应将逐渐熄灭,辐射能量不断减少,所有的物质终将衰变殆尽,只剩下稀落的光子和中微子,不会再出现任何重大的物理过程来打破宇宙那空虚荒凉的状态。永久之长,长不可测。在这之前许久,人类及所有宇宙中的生命早已冻死,不复存在了。

  暗物质

  暗物质是指那些不发出任何辐射因而探测不到的宇宙中的物质。已经死去的恒星的残骸;黑矮星、停发脉冲的中子星、黑洞;弥漫于星际和星系际的尘埃和电离气体;还有星团级和星系级的大黑洞……这些都是暗物质。

  根据星系中恒星运动的情况,用力学定律推算出来的星系质量,叫引力质量。而通过统计恒星的个数及它们发光的情况,得出的星系质量叫光度质量。结果发现,引力质量总是比光度质量大得多。为什么?因为星系中存在着大量暗物质。光度质量只是那些发光物质的质量,而引力质量是发光物质与暗物质加在一起的质量。

  
暗物质:

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  鲸鱼座NGC720外围的暗物质:

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WMAP 与 SDSS 的工作,获得了一系列重要的宇宙数据:宇宙年龄为(137.2±1.2)亿年;宇宙总密度中,物质的平均密度只占27.36%,余下的72.6%属于“暗能量”。在27.36%的物质中,亮物质只占4.56%,余下的22.8%属于暗物质。而在22.8%的暗物质中,星际气体占3.6%,黑洞占0.04%,中微子占0.1%,余下的19.06%才是暗物质的主体。

  应用根据引力透镜效应描绘暗物质的方法,欧洲和美国的科学家2007年1月7日首次公布了局部宇宙空间暗物质分布的三维图:

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  暗物质的谜团远没有揭开。人们惊讶地发现,自然科学发展到今天,对宇宙的总体认识,只有不足5%的亮物质算是被了解清楚了,加上朦胧莫测的暗物质,也只占到理论临界密度的27% 。按照宇宙平直性的要求,还应当有 73% 的物质,那又是什么?人类更加茫然了。在进入 20 世纪与 21 世纪之交的时候,天文学家和物理学家们共同猜测.

  暗能量

  暗能量与暗物质大不相同。暗物质虽然不发光,但它和亮物质一样有引力,可成团。而暗能量不仅探测不到,而且不成团,是均匀的、分散的;不仅没有引力,或许还有斥力。

  宇宙密度分布图:

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