第314章 暗物质与暗能量（1/2）

暗物质（dark matter）详解

1. 暗物质是什么？

暗物质是一种不可见、不发光、不与电磁波相互作用的物质，但它通过引力效应影响宇宙中的天体运动。科学家通过观测星系旋转曲线、引力透镜、宇宙大尺度结构等现象，推断其存在。

2. 关键证据

星系旋转曲线异常（vera rubin, 19，普通物质随后落入其中形成星系。

维持星系稳定性：

暗物质晕防止星系因高速旋转而解体（如银河系）。

5. 未解之谜与挑战

直接探测尚未成功：

目前所有地下实验（如xenonnt、pandax）均未发现wimps的确切信号。

替代理论的可能性：

部分科学家提出修改引力理论（如mond），但无法解释所有观测现象（如子弹星系团）。

暗物质与标准模型的联系：

暗物质粒子是否属于超对称理论？还是需要全新物理？

6. 未来研究方向

下一代探测器：

更高灵敏度的暗物质实验（如darwin、supercdms）。

对撞机探测：

大型强子对撞机（lhc）可能产生暗物质粒子。

天文观测：

詹姆斯·韦伯太空望远镜（jwst）、欧几里得卫星（euclid）将研究暗物质分布。

总结

暗物质是宇宙中看不见的“胶水”，主导了星系和宇宙结构的形成，但其本质仍是物理学最大谜题之一。未来实验可能揭示它是某种新粒子，亦或指向更深刻的物理规律。

暗能量（dark energy）详解

1. 暗能量是什么？

暗能量是一种充斥全宇宙、具有负压强的神秘能量，它导致宇宙膨胀速度不断加快。目前占宇宙总质能约 68%，是主导宇宙演化的关键成分。

2. 关键发现与证据

超新星观测（1998年诺贝尔物理学奖）：

通过ia型超新星（标准烛光）发现，宇宙膨胀速度在约 50亿年前开始加速，而非如预期减速。

宇宙微波背景辐射（cmb）：

nck卫星数据表明，宇宙平坦性要求存在暗能量（与普通物质、暗物质共同构成临界密度）。

大尺度结构：

星系分布和重子声波振荡（bao）测量支持暗能量的存在。

3. 暗能量的可能本质

目前主流理论包括：

宇宙常数（Λ）（爱因斯坦的“最大失误”？）：

代表真空能，密度恒定（( \\rho = \\text{常数} \\)），但量子场论预测值比观测大 ( 10^{120} ) 倍（“宇宙常数问题”）。

动态暗能量模型：

quintessence（精质）：一种随时间演化的标量场，能量密度可变化。

幽灵场（phantom energy）：能量密度随膨胀增长，可能导致“大撕裂”（big rip）结局。

修改引力理论（如\\( f(r) \\)引力）：

认为广义相对论在宇宙尺度需修正，无需引入暗能量。

4. 暗能量的作用

驱动宇宙加速膨胀：

暗能量的排斥性引力（负压强）对抗物质引力，导致膨胀越来越快。

决定宇宙终极命运：