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twxz木蟲 (正式寫手)
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[交流]
【交流】暗物質(zhì)概念演化
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暗物質(zhì)概念演化 有關(guān)暗物質(zhì)概念，學(xué)者們一般認為是1933年瑞典天文學(xué)家茨維基(F.Zwicky 1898～1974) 提出的。Zwicky在研究了有近1萬個成員星系的后發(fā)星系團中星系的運動時發(fā)現(xiàn)：欲使該星系團中的星系維持穩(wěn)定，不致由于成員星系的高速運動而瓦解分散，需要有10～100倍于當(dāng)時已觀測到的該星系團發(fā)光物質(zhì)的質(zhì)量的來提供引力才能達到。Zwicky是如何計算星系團需要提供引力的物質(zhì)總含量？Zwicky用的是‘維里平衡’法。根據(jù)牛頓第二定律，在維里平衡條件下，星系團中成員星系的速度平方的加權(quán)平均，應(yīng)當(dāng)和星系團的總質(zhì)量成正比。Zwicky發(fā)現(xiàn)用‘維里平衡’法計算得到的后發(fā)星系團的總質(zhì)量比當(dāng)時已觀測到的該星系團發(fā)光物質(zhì)的質(zhì)量大10～100倍。 當(dāng)時在天文學(xué)中有這樣一個假設(shè)：天體的光度和天體的質(zhì)量是密切相關(guān)，天體的質(zhì)量和天體的光度之比M /L被稱為質(zhì)光比。太陽的質(zhì)量和光度之比被作為質(zhì)光比的單位，定為1。當(dāng)時天文學(xué)家認為，發(fā)光天體的質(zhì)光比都應(yīng)當(dāng)在1左右。后發(fā)星系團的質(zhì)光比卻高達10～100，這表明在后發(fā)星系團中應(yīng)當(dāng)存在有大量不發(fā)光的物質(zhì)。 Zwicky由于找不到這些不發(fā)光物質(zhì)的出處，于是就把這些物質(zhì)被稱為‘missing mass’（中文有翻譯成‘丟失質(zhì)量’或‘隱匿質(zhì)量’）。后來也有人因為這些物質(zhì)不發(fā)光，就稱它們?yōu)椤甦ark matter’（暗物質(zhì)）。但當(dāng)時的天文學(xué)家一般認為，它們可能只是一些我們還沒有找到的、不發(fā)光的普通物質(zhì)。并不認為暗物質(zhì)應(yīng)當(dāng)是什么特殊的非普通物質(zhì)。 上個世紀(jì)80年代初，情況有了變化。一位前蘇聯(lián)的物理學(xué)家Liubimov宣稱他發(fā)現(xiàn)，中微子具有靜質(zhì)量，而且高達30GeV。這個發(fā)現(xiàn)的宣布在粒子物理學(xué)界引起的是懷疑，而在宇宙學(xué)界引起的卻是興奮。因為宇宙學(xué)家早已知道，根據(jù)大爆炸宇宙學(xué)模型，在宇宙中應(yīng)當(dāng)存在有大量中微子。如果中微子具有靜質(zhì)量，就可以把中微子用來解釋Zwicky所發(fā)現(xiàn)的暗物質(zhì)。可是很快，Liubimov中微子具有靜質(zhì)量的發(fā)現(xiàn)遭到了粒子物理學(xué)界從理論和實驗兩個方面的否定。因此，暗物質(zhì)是由中微子構(gòu)成的說法被否定了，但是宇宙中的暗物質(zhì)的構(gòu)成可能是和普通物質(zhì)不同，是由非重子物質(zhì)構(gòu)成的概念卻被保留下來。而且現(xiàn)在理論物理學(xué)家和宇宙學(xué)家似乎堅信，暗物質(zhì)就應(yīng)當(dāng)是由不同于普通物質(zhì)的非重子物質(zhì)構(gòu)成，不包含不發(fā)光的普通物質(zhì)。因此，在現(xiàn)在的科普文章中我們經(jīng)�？梢钥吹�，普通物質(zhì)（重子物質(zhì)）占4%，暗物質(zhì)（非重子物質(zhì)）占23%，暗能量占73%（不同學(xué)者估計的數(shù)字略有不同）的說法。其中暗物質(zhì)就是只包括不同于普通物質(zhì)的非重子物質(zhì)。 理論物理學(xué)家一直找不到暗物質(zhì)就是由非重子構(gòu)成的證據(jù)，對暗物質(zhì)的性質(zhì)除了引力效應(yīng)之外，暗物質(zhì)的其它性質(zhì)理論物理學(xué)家也毫無所知。因此暗物質(zhì)和暗能量一起，被稱為20世紀(jì)理論物理學(xué)家頭上的兩片烏云。于是理論物理學(xué)家充分發(fā)揮了他們的想象力，提出了各種各樣的不同類型的暗物質(zhì)模型�，F(xiàn)在比較有市場的暗物質(zhì)模型有：1）熱暗物質(zhì)，2）溫暗物質(zhì)，3）冷暗物質(zhì)。當(dāng)然還有其它許多暗物質(zhì)模型。理論物理學(xué)家希望，他們這些遠遠走在天文觀測前面的、純理論的暗物質(zhì)模型，也許說不定那天碰巧能為天文觀測或物理實驗所證實。 雖然現(xiàn)在宇宙學(xué)家對非重子暗物質(zhì)的具體性質(zhì)一無所知，只能憑想象力提出了各種各樣的理論上暗物質(zhì)模型，但宇宙學(xué)家們似乎堅信，暗物質(zhì)一定是由非重子物質(zhì)構(gòu)成。對暗物質(zhì)可能是不發(fā)光的普通物質(zhì)想法不屑一顧。對近來天文觀測中不斷發(fā)現(xiàn)的各種以前沒有觀測到的不發(fā)光的普通物質(zhì)視而不見。我不知道他們是否認為，‘暗物質(zhì)可能是不發(fā)光的普通物質(zhì)’這種想法理論上水平不夠高？或者理論上想象力不夠豐富？ 據(jù)美國“每日科學(xué)”網(wǎng)5月13日報道，加州大學(xué)天文學(xué)家利用歐航局（ESA）的XMM-牛頓太空望遠鏡與美國宇航局（NASA）的錢德拉X射線太空望遠鏡，在距離地球4億光年處發(fā)現(xiàn)巨大的星際氣體庫，這項發(fā)現(xiàn)是宇宙中“丟失物質(zhì)”位于巨大的熾熱漫射氣體網(wǎng)之中的最強有力證據(jù)。 對這些新發(fā)現(xiàn)的大量幾乎不發(fā)光的重子物質(zhì)，其觀測難度有甚于暗物質(zhì)，它們完全符合Zwicky‘丟失質(zhì)量’（missing mass）的性質(zhì)。但理論物理學(xué)家雖然也把它們稱為“丟失物質(zhì)”（ missing matter），卻不承認它們是暗物質(zhì)，并把它們歸類到他們認為只占宇宙中總物質(zhì)的4%的普通重子物質(zhì)。只因為這些‘丟失物質(zhì)’是由普通重子物質(zhì)構(gòu)成，不是由他們所鐘愛的非重子物質(zhì)構(gòu)成。 參考文獻 58 暗物質(zhì) 地址：http://baike.baidu.com/view/763.htm?fr=ala0_1 59 Fabio Gastaldello 天文學(xué)家或已找到宇宙丟失物質(zhì) 地址：http://paper.sciencenet.cn/htmlpaper/20105281018335329728.shtm （新牛頓宇宙 第五章 暗物質(zhì) 5.1暗物質(zhì)概念演化） |
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