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小木蟲論壇-學術科研互動平臺 » 專業(yè)學科區(qū) » 物理 » 理論物理&天文 » 【交流】宇宙物質密度
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twxz木蟲 (正式寫手)
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[交流]
【交流】宇宙物質密度 已有3人參與
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新牛頓宇宙 第六章 暗能量 6.4 宇宙物質密度 在宇宙學研究中，在討論宇宙中物質平均密度問題時，通常都是用宇宙臨界物質密度為單位進行討論。在有關的科普文章中我們經�？梢钥吹�，普通物質（重子物質）占4%，暗物質（非重子物質）占23%，暗能量占73%（不同學者給出的數(shù)字略有不同）這樣一個說法，其中各種物質所占的百分點就是用宇宙臨界物質密度為單位。宇宙中物質平均密度與宇宙臨界物質密之比通常用Ω這個無量綱參數(shù)來表示。 宇宙臨界物質密度這個概念，是由在愛因斯坦的宇宙學方程中，假設宇宙學常數(shù)Λ = 0時，即Friedmann的宇宙學動力學方程，推導出來的參數(shù)。根據(jù)標準宇宙學模型，如果假設宇宙學常數(shù)Λ = 0，同時承認WMAP的觀測結果可以推導出宇宙的曲率k應當為0，則由Friedmann的宇宙學動力學方程，我們可以推導出的宇宙中應當有的物質平均密度，就是宇宙臨界物質密度。宇宙臨界物質密度只和哈勃常數(shù)以及萬有引力常數(shù)有關。其具體表達式為： ρc=3Ho^2/(8πG) 式中Ho 為哈勃常數(shù)，G 為萬有引力常數(shù)。代入Ho和G的具體數(shù)值，我們可以得到 ρc=1.88h^2ⅹ10^-29 g/cm^3 式中h 是哈勃常數(shù)以100 km/s/Mpc 為單位的無量綱數(shù)值。 關于宇宙物質平均密度的實際測量，它是一個非常復雜和困難的問題。而理論計算則相對比較簡單。北京大學俞允強教授在‘物理宇宙學講義’一書第三章第四節(jié)中專門討論了宇宙物質平均密度的實際測量這個問題。俞允強教授在討論中提到，如果用星系為單位，再用質光比的方法推算，則發(fā)光物質對宇宙物質平均密度的貢獻約為Ω=0.01。如果把星系中‘暗暈’的質量計算在內，宇宙物質平均密度約為Ω=0.03～0.1。如果用星系團為單位，則宇宙物質平均密度約為Ω=0.1～0.3。這些方法都是對典型區(qū)域作局部測量推算的結果。如果把這些結果推廣到整個宇宙，則這些典型區(qū)域（星系或星系團）之間存在的物質就被忽略了。為了把典型區(qū)域之間存在的物質考慮進去，Loh 和 Spillar在1986年利用統(tǒng)計方法，對紅移在0.5以內1000個場星系進行統(tǒng)計，得出的結果是，宇宙物質平均密度約為Ω=0.9（95%的置信度）。符合Einstein-de Sitter 模型(Λ = 0, Ω = 1)。 在標準宇宙學模型的理論框架下，在假設了擾動的‘冪律譜’后，根據(jù)星系形成的理論要求，宇宙學家推導出，實物密度大約只有Ω=1/3。這個結果與Loh 和 Spillar的實際觀測的統(tǒng)計結果是相互矛盾的。對這兩個相互矛盾的結果，宇宙學家偏向于采信實物密度約為Ω=1/3的理論計算結果。因為計算得到實物密度約為Ω=1/3時還用到標準宇宙學模型理論中非常重要的暴漲理論，而Loh 和 Spillar的結果和標準宇宙學模型中其它理論沒有什么關系，純粹是實際觀測的統(tǒng)計結果。為了維護標準宇宙學模型理論的地位，宇宙學家寧愿采信理論計算的結果。即使這樣做的后果是，需要引進不知為何物的暗能量，用以解決理論計算結果中，實物密度為Ω=1/3和總密度為Ω=1之間相互矛盾的難題。因為根據(jù)標準宇宙學模型理論和WMAP微波背景輻射上溫度各向異性的測量，宇宙物質總密度應當為Ω=1。 根據(jù)‘科學網(wǎng)（sciencenet.cn）’論文頻道2010-5-28文章‘天文學家或已找到宇宙丟失物質’（作者：Fabio Gastaldello 來源：《天體物理學雜志》）的報道，星系形成的流體動力學模擬顯示，現(xiàn)今大量的重子物質可能存在于溫度介于幾十萬攝氏度到一百萬攝氏度之間的溫熱星系際物質（WHIM），以網(wǎng)絡狀彌漫于鄰近宇宙，而不是位于恒星或者星系。在演化過程中，還會不斷有熾熱氣體隨星系風進入星系際空間。這種彌漫的高溫氣體極其稀薄，就算被檢測到，證據(jù)也頗為模糊。但它們的總含量，要比已經被天文觀測確定的重子物質還要多。加州大學天文學家利用歐航局（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，在距地球4億光年之處，發(fā)現(xiàn)巨大的星系際氣體儲存槽。這一發(fā)現(xiàn)成為迄今為止最強有力的證據(jù)，證明這些在宇宙中的彌漫之物，就是科學家不斷尋找的丟失物質。 這個最新觀測結果證明，在宇宙中確實存在大量的彌漫高溫電離氣體。它要比已經被天文觀測所確定的重子物質還要多。但大部分主張標準宇宙學模型理論的宇宙學家認為，我們只能把這些溫熱星系際物質歸結到只有4%宇宙臨界物質密度的重子物質密度中。這些理論宇宙學家不愿意把它歸結到，Loh 和 Spillar得出的，占0.9宇宙臨界物質密度的實物密度中。因為如果這樣做，就要把理論宇宙學家辛辛苦苦在標準宇宙學模型框架下建立起來的暗能量和暗物質概念從宇宙學理論中趕出去，沒有存在的必要。這樣做的結果可能危及整個標準宇宙學模型的理論。這就是世界各國許多科學家簽名的《致科學界的公開信》中所提到的：‘連實際的觀測結果也要被篩選，要依據(jù)其能否支持大爆炸理論的標準來篩選’�！毁Y助從屬于大爆炸論的課題，這種做法抹殺了科學方法的一個基本原則：就是必須持續(xù)不斷地用實際觀察來對理論加以檢驗的原則。這樣一種束縛使任何探討都無法進行，也使任何研究都無法進行’。 由此我們可以看出，目前流行的看法，普通物質（重子物質）占4%，暗物質（非重子物質）占23%，暗能量占73%（不同學者估計的數(shù)字略有不同）這個說法，主要是在標準宇宙學模型理論框架下，對某些間接天文觀測結果從理論上推導出來的，并不是對某個典型區(qū)域直接進行天文觀測中得到的。Loh 和 Spillar對某個典型區(qū)域直接從天文觀測結果統(tǒng)計得出的結果是：宇宙中實物物質密度可以高達宇宙臨界物質密度的90%。前者之所以流行并被大眾所知曉，完全是理論宇宙學家對天文觀測結果依據(jù)其能否支持大爆炸理論的標準進行篩選的結果。只有這些被篩選后的結果，才能通過各種媒體的宣傳，才被大眾所知曉。 參考文獻 71 Loh, E. D.; Spillar, E. J., 1986ApJ...307L...1L 72 天文學家或已找到宇宙丟失物質 http://paper.sciencenet.cn/htmlpaper/20105281018335329728.shtm 3．俞允強 物理宇宙學講義 (新牛頓宇宙 第六章 暗能量 6.4 宇宙物質密度) |
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2樓2011-08-10 15:16:29
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由此我們可以看出，目前流行的看法，普通物質（重子物質）占4%，暗物質（非重子物質）占23%，暗能量占73%（不同學者估計的數(shù)字略有不同）這個說法，…… ﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌ 請教宇宙學專家twxz樓主： (重子物質)是只包括電子質量以上的物質、并不包括光子等輕物質、以及電磁場場物質的質量對嗎？ 還有“Loh 和 Spillar對某個典型區(qū)域直接從天文觀測結果統(tǒng)計得出的結果是：宇宙中實物物質密度可以高達宇宙臨界物質密度的90%。”這個天文觀測結果統(tǒng)計是以什么為依據(jù)呢？ 即是依據(jù)星系內、或星系間運動所需的向心引力加速度推算的引力質量否。請賜教好嗎 |
3樓2011-08-12 07:26:40
huanwu1990
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4樓2011-08-17 14:06:51
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