什么是暗物质,反物质.宇宙结构?

来源:学生作业帮助网 编辑:作业帮 时间:2024/03/29 21:26:22
什么是暗物质,反物质.宇宙结构?

什么是暗物质,反物质.宇宙结构?
什么是暗物质,反物质.宇宙结构?

什么是暗物质,反物质.宇宙结构?
反物质
反物质就是由反粒子组成的物质.所有的粒子都有反粒子,这些反粒子的特点是其质量、寿命、自旋、同位旋与相应的粒子相同,但电荷、重子数、轻子数、奇异数等量子数与之相反.
例如,氢原子由一个带负电的电子和一个带正电的质子构成,反氢原子则与它正好相反,由一个带正电的正电子和一个带负电的反质子构成.物质和反物质相遇后会湮灭,释放出大量能量.
科学家认为,制造出大量反氢原子,有助于验证CPT守恒假设的正确性和宇宙标准模型的普适性.如果发现反氢原子与氢原子在物理规律上并不完全对等,将给物理学和宇宙学的一些基础问题带来非常重要的新启发.例如宇宙大爆炸理论认为,宇宙诞生时,从虚无中产生了相等数量的物质和反物质.但人们观察到的宇宙中,物质显然占绝对的主导地位.对反氢原子的研究,可能有助于解开这个疑点.
宇宙的起源和进化是物理学研究的最基本的问题之一.建立在广义相对论和宇
暗物质
宙学原理(即在宇宙大尺度上,物质的分布是高度均匀各向同性的)之上的大爆炸宇宙模型告诉我们大约137亿年前,大爆炸发生的那一刻,宇宙处于一个极致密、极高温的状态,形成了空间和时间,宇宙随之诞生,并经过膨胀、冷却演化至今.在这个过程中,宇宙经历了原初轻元素合成、光子退耦和中性原子形成、第一代恒星形成等几个重要的时期,星系、地球、空气、水和生命便在这个不断膨胀的时空里逐渐形成.
二十世纪二十年代,天文学家哈勃从星系光谱的红移的观测中发现宇宙中
所有的星系都在彼此远离退行,距离越远,退行速度越大,二者成正比,
这个比例系数被称为哈勃常数,这个规律叫哈勃定律.在此基础上,产生"膨
胀宇宙"的概念和"大爆炸宇宙模型".二十世纪大量的天文观测和天体物理研
究结果都证实这个模型.
去年威尔金森微波背景各向异性探测器(WMAP)和斯隆数字巡天(SDSS)天文
观测以其对宇宙学参数的精确测量,进一步强有力地支持了这一模型.这在
人类探索宇宙奥秘和物质基本结构的道路上无疑是一个光辉的成就.WMAP的
结果告诉我们,宇宙中普通物质只占4%,23%的物质为暗物质,73%是暗能量,
SDSS 也给出类似的结果.从物质基本结构的观点出发,普通的物质,如树木、
桌子以及我们人类本身,是由分子、原子构成.然而分子、原子不是最基本的,
目前已知的最基本的粒子是由粒子物理标准模型所描述的夸克和轻子以及传递
相互作用的粒子(如光子,胶子等).北京正负电子对撞机就是系统地研究其
中的粲(charm)夸克和陶(tau)轻子.
什么是暗物质呢?暗物质是不发光的,但是它有显著的引力效应.比如,对于
一个星系考虑距其中心远处的天体的旋转速度,如果物质存在的区域和光存在
的区域是一样的话,由牛顿引力定律可知,距离中心越远,速度应该越小.可是天文观测事实不是这样的,这就说明当中有看不见的暗物质.目前各种天
文观测和结构形成理论强有力地表明宇宙中有大约三分之一是暗物质.中微子是一种暗物质粒子,但WMAP和SDSS的结果说明,它的质量应当非常小,在暗物质中只能占微小的比例,绝大部分应是所谓的中性的弱作用重粒子.它们究竟是什么目前还不清楚.理论物理学家猜测,它们可能是超对称理论中的最轻的超对称粒子,是稳定的,在宇宙演化过程中像微波背景光子一样被遗留下来.目前世界各国科学家,例如中意科学家合作组DAMA实验,丁肇中先生领导的AMS实验,正在进行着各种加速器和非加速器实验,试图找到这种暗物质粒子.
宇宙结构就是宇宙的结构.