什么是暗物质_CSS学习

资料来源：网络整理时间：2023/3/4 4:37:24 共计：3582 浏览

什么是暗物质？

首先我需要说明一点，暗物质和正常物质统称为物质，暗物质只是物质的另外一种形式，目前并没有出现在我们的标准模型中，可以肯定的是，暗物质属于：弱相互作用有质量粒子，这个弱目前还不是很确定，但会发生很强的引力作用，确实是属于物质的一部分。这个概念很重要，不然真的会产生一些奇奇怪怪的问题。所以谈论暗物质不应和我们的物质分开，它是我们物质世界缺失的一部分，也是标准模型中缺失的一部分。

宇宙的能量密度比例以及暗物质集中在哪里

上图可以看到，暗物质就生活在我们星系和星团周围光晕中，一个几十万光年的星系，其暗物质晕将横跨几百万光年！暗物质占宇宙总能量密度的23%。这使得暗物质在宇宙能量整体的重要性上仅次于暗能量。因为宇宙是膨胀还是减速，膨胀的速度是多少，都取决与宇宙中何种形式的能量密度占据优势！

我们知道目前宇宙受暗能量的掌控，但暗能量是在45亿年前才变得重要起来，因为随着宇宙的膨胀它的能量密度超过了任何形式的能量密度，目前的含量大约是正常物质的5到6倍。

也就是说，普通物质（质子、中子、电子等等）构成我们日常世界的所有物质，只占宇宙总能量的4-5%。

我们为什么发现不了暗物质

在45亿年以前，在暗能量主宰宇宙之前，就能量密度而言，暗物质在宇宙中占主导地位。暗物质对于宇宙结构（包括星系、星系团和超星系团））的形成发挥了极其重要的引力作用，这么巨量的暗物质也让世界各地的物理学家和天文学家头疼不已，原因很简单。因为：

我们可以看到暗物质的引力效应。从微波背景的波动到大尺度结构，从超新星数据到引力透镜，暗物质的存在无疑是我们在宇宙学各个方面所能得到的最好的解释。

除了引力以外，我们不知道如何与暗物质互动。暗物质的两个最佳候选者

在宇宙的历史中，暗物质并不是一直主导着宇宙。当回到宇宙只有几千年的时候，早期的辐射能量密度最高。注意，不仅仅是光子(光)，还有任何接近光速的高能粒子。

从大爆炸的那一刻起，宇宙就充满了很强的辐射和高能粒子。现在想一想我们目前所知道的所有粒子，它们有不同的自旋和电荷，有物质和反物质，有很多不同的类型和口味，这就是我们已经建立起来的标准模型。

而在早期的宇宙，标准模型的中的粒子不论是光子、还是最重的顶夸克都拥有极高的温度，充当着辐射能量，但这些粒子并不是当时宇宙唯一存在的粒子。

因为早期宇宙极端环境下的温度远远超过了我们在地球上创造或观察到的温度，所以当时很可能创造出了更多我们目前尚未发现的粒子。

超中性子

例如超对称理论预言，目前只是预言！不论是玻色字还是费米子都存在自己超对称的伙伴粒子，它们之间的自旋相差1/2，其他量子态都是相同的。这也就是说玻色字的超对称粒子就属于费米子，反过来也一样！因为它们自旋也正好相差1/2。

超中性子就是超对称理论假象出来的一种费米子，电荷为0。例如：（前面为玻色字，括号中为费米子）Z玻色子（超Z子）、光子（超光子）及中性希格斯粒子（超希格斯粒子）

如果这些超对称粒子真的存在的话，标准模型中的粒子数将翻一番！而且早期宇宙的能量肯定也能够大量创造出这些粒子。当宇宙冷却时，质量较大的超中性子就会湮灭或衰变，但是最轻的超中性子会保留下来。

随着我们的膨胀和冷却，辐射能量变得越来越不重要，物质开始占据主导地位。

所以最轻的超中性子是暗物质的最佳候选者，还有很多奇奇怪怪的理论，在宇宙暗物质问题上可谓是百家争鸣。

暗物质还有另一个有力的候选者，那就是冷暗物质——轴子

轴子也是宇宙的一种粒子。当宇宙还不到一秒的时候，轴子可能只是总能量密度中很小很小的一部分，完全可以忽略的。但是当宇宙冷却时，辐射的能量密度下降得比物质密度还快，到宇宙大约1万年的时候，轴子的能量已经超过了辐射，并开始主宰宇宙。

在这两种候选者中，与它们发生相互作用也是有可能的：如果我们的对撞机拥有更大的能量，可以创造出宇宙的初始条件，或者找到与它们发生互动的方法！

我们虽然现在还没有成功，但我们也不会灰心，因为这就是科学前进的动力！就像几百年前我们找到了电磁相互作用一样。

暗物质有什么用？它能给我们带来无穷无尽的能量，而且安全、高效、清洁！

我们知道我们发现并掌控了电磁相互作用给我们带来了电气化的工业革命，那么我们想象一下我们现在发现掌握了与暗物质的相互作用，这会给我们带来什么？

那就是无限的能量！可以100%完美利用的清洁能源，惊讶吧！那这是怎么回事呢？

对于暗物质的大多数候选粒子，包括上面解释的两种主要粒子，暗物质粒子就是它自己的反粒子，这意味着如果我们把暗物质粒子和另一个暗物质粒子碰撞，就会得到纯能量，跟我们常说的物质和反物质碰撞是一样的。

但是暗物质的有点是：暗物质对我们并没有任何伤害，它既没有任何辐射，也不会撞疼我们，更不会和我们发生湮灭。

安全、清洁、丰富、100%高效的能源，是不是很具有诱惑力！所以寻找暗物质不仅仅是为了解释宇宙，满足我们的好奇心！它能为我们人来带来无可限量的可能！

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