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05月
31
2023
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宇宙中看不到的物质有哪些

宇宙中看不到的物质,也被称为暗物质和暗能量,是一个充满神秘和未知的领域。因为宇宙中能够被直接观测到的物质只占总物质质量的不到5%,而其余95%却是看不到的物质。那么宇宙中到底有哪些看不到的物质呢?本文将从暗物质和暗能量两个方面详细介绍。

一、暗物质

宇宙中看不到的物质有哪些

暗物质是指宇宙中组成物质的一种,但是不发光不散发辐射且不与电磁波相互作用,所以是看不到的。这也是因为它们的构成粒子与普通物质中的粒子性质不同。暗物质理论的提出是为了解释一些天文学与天体物理学上的不平衡现象,如星系旋转速度与分布、宇宙大尺度结构形成与演化等。

1.弱相互作用粒子

在暗物质的构成中,弱相互作用粒子(weakly-interacting massive particles,WIMP)可能是其中之一。WIMP对于普通物质有很弱的相互作用,不会和光子以及电磁波相互作用,所以看起来像是完全不散发辐射的物质。由于WIMP的质量较大,故被称为“massive particles”。

2.轻子、中性子

轻子和中性子也被认为是构成暗物质的粒子之一。轻子是一种介于电子和正电子之间的粒子,它们是基本粒子,而中性子则是质子和电子的中性粒子。轻子和中性子都被认为是暗物质的候选粒子,因为它们在普通物质中的稳定性与WIMP很相似。

3.超弦和超对称理论

超弦和超对称理论是物理学中超出我们今天所能理解的理论,它们被认为是构成暗物质的另一种解释。这些理论相信暗物质是一个由超新星爆炸等事件所产生的暗物质团块,与暗物质粒子不同,它们的粒子构成可能是一个由比强核力还要更强的力所统治的“正交物质”。

二、暗能量

除了暗物质外,宇宙中还存在着另一种看不到的物质,那就是暗能量。暗能量理论是为了解释宇宙膨胀的加速度与宇宙结构的形成而提出的,它是一种能量密度极高但又无法被直接观察的能量。

1.余辉能

一种常见的暗能量理论是余辉能(vacuum energy)。这是一种虚拟粒子产生和消灭的过程所带来的能量密度,它是一种不断洪流的永久星系,不断地扩散新星系的能量,使宇宙不断地膨胀。余辉能是一种可以被光子所创造的能量,但由于它是一种微观过程,因此无法被直接观察到。

2.核心变形能

另一种可能的暗能量理论是核心变形能(quintessence)。核心变形能是一种可以通过空间中的耗时耗能特征得出的能量密度,这种特征被广泛用于描述宇宙膨胀的加速度和引力。核心变形能的存在需要一些微观层面上的超出现代物理学能理解的物理机制来解释,因此也是一个尚未得到证实的理论。

综上所述,暗物质和暗能量虽然看不到,但它们的存在是通过宇宙中的各种天文现象而被科学家所推测出来的,是宇宙学中一个重要的研究对象。这些科学家不断研究与解释暗物质和暗能量的各种特性,以期能更好地理解宇宙的发展历程和结构。