宇宙暗物质毕业论文doc.docx

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宇宙暗物质毕业论文doc

xxxxx大学本科毕业论文

宇宙暗物质

学生姓名：

xxx

院系名称：

物理与电子工程学院

专业名称：

物理学

班级：

学号：

指导教师：

xxxx大学教务处

二OO八年五月

宇宙暗物质

学生:

xxx指导老师:

xxx

内容提要：

20世纪末，天体物理学的一个新成就证实,各种化学原素或中子、质子的质量总和不超过宇宙总质量的1/10,而9/10的质量则是另外的物质贡献的，这种物质就是暗物质。

所谓暗物质是指宇宙中存在的一种不明性质的物质粒子，它的电磁放射和折射非常微弱，所以不能被直接探测到。

十几年来，宇宙暗物质已成为天体物理，粒子物理和宇宙学的交叉热点。

本文将探讨暗物质的概念急研究背景，研究动态，存在的证据，发展的趋势及意义。

研究暗物质将有助于我们认识宇宙，推测宇宙的过去及未来发展。

关键词：

宇宙暗物质暗能量引力透镜三维立体图

thedarkmatterintheuniverse

Abstract:

Endofthe20thcentury,anewastrophysicsachievementsconfirmthatthevariouschemicalelementsorneutron,protonthequalityoftheuniversedoesnotexceedthesumtotalmassof1/10,9/10thequalityofthematerialisanothercontributiontothisKindofmaterialisdarkmatter.Theso-calleddarkmatterintheuniversethereisaunknownnatureofthematerialparticles,theelectromagneticradiationandreflectsveryweakandthereforecannotbedirectlydetected.Morethan10yearsago,theuniverseofdarkmatterhasbecomeastrophysics,particlephysicsandcosmologyofthecross-hot.Thisarticlewillexploretheconceptofdarkmatterurgentresearchbackground,researchdevelopments,theexistingevidence,thetrendofdevelopmentanditssignificance.Studyofdarkmatterwillhelpusunderstandtheuniverse,theuniverseofspeculationthepastandfuturedevelopment.

Keywords:

Cosmicdarkmatterdarkenergygravitationallens

three-dimensionalmap

宇宙暗物质

宇宙由各种物质组成，科学家对物质有一定的分类，其中有一种物质科学家命名为暗物质，通常称宇宙暗物质。

各种化学原素或中子、质子的质量总和不超过宇宙总质量的1/10,而9/10的质量则是宇宙暗物质贡献的。

宇宙暗物质既然是宇宙的主要成分，则对宇宙暗物质的研究，了解对我们的生活有着极大的作用，那么什么是宇宙暗物质呢？

它有着什么样的作用，下面我们将一一说明。

1、暗物质的概念及研究背景

1.1宇宙暗物质的研究背景

20世纪末,天体物理学的一个新成就证实,各种化学原素或中子、质子的质量总和不超过宇宙总质量的1/10,而9/10的质量则是暗物质贡献的.所谓的暗物质是指除了常见的星球、星系、星系团、类星体、……等等发光及反射光的天体外,原则上它们自身不仅不能发光,而且也不会反射、折射或散射光,亦即对各种波长的光,它们都是百分之百的透明体【1】.这是当前宇宙论研究中的一个重要热点.

在宇宙中是否还存在不发光物质、不发光的天体？

这似乎是不成问题的问题。

例如，在太阳的周围有9大行星，有月亮这类的卫星。

这些行星或卫星自身并不发光，它们仅能反射光。

其实，所谓发光物质只不过是这种暂时不发光的物质处在高温、高压环境的状态而已。

所以，在宇宙中是否存在不发光物质的问题，似乎是这些会发光物质所存在的状态的问题，问题是它们在宇宙中所占有的比重如何？

如果把宇宙中存在于不发光状态的常见物质，如质子、中子、电子等占发光状态的比重问题，仅仅归结为在其他星系中是否存在着行星、卫星等，那还不是十分重要的问题。

因为9大行星加上可能的彗星，其总质量还不到太阳的1％，更为重要的是处在不发光状态的常见物质，是否在总质量上比发光的星体多一个量级，还是他们只占微不足道的分量，或是彼此差不多，如此等等。

因为这涉及天体或星系团演化的基本规律。

而更为重要的问题是，宇宙中是否除质子、中子、电子等"会"发光的物质以外，还存在着在原则上就不会发光的物质，或者说，它们自身不仅不能发光，而且也不会反射、折射或散射光，亦即对各种波长的光，它们都是百分之百的透明体！

它们就是神秘的暗物质。

1.2宇宙暗物质的概念

暗物质是人们看不见的物质。

虽然看不见,但科学家认为它确实存在,而且其质量大约占宇宙所有质量的90％。

这是科学家根据万有引力定律而确认的。

【2】所谓暗物质是指宇宙中存在的一种不明性质的物质粒子，它的电磁放射和折射非常微弱，所以不能被直接探测到。

【3】但是，我们肉眼能见的物质如星系、恒星甚至各种生物，所占质量只是宇宙中很小一部分，暗物质的质量是可见的普通物质质量的5倍以上。

暗物质（包括暗能量）被认为是宇宙研究中最具挑战性的谜题，它代表了宇宙中90％以上的物质含量，而我们可见的世界只占宇宙物质的10％不到。

暗物质无法直接观测，却能干扰星体发出的光波或引力等，其存在能被明显感受到。

科学家曾对暗物质的特性提出了多种假设，但还没有得到足够的验证。

在过去数年，科学家发现宇宙似乎充满着不是一种而是两种看不见的成分———暗物质和暗能量，它们占了宇宙整个物质构成的绝大部分，根据最新的估计，在宇宙构成中，暗能量占75%，暗物质占23%，常规物质和能量只占2%. 20世纪70年代，天文物理学家为解释星系的运动提出，一类看不见的粒子存在于星系周围，这类粒子随后被称为“暗物质”。

根据天文观察资料，科学家们估计宇宙中暗物质有常规物质的10倍之多。

对暗物质的一种解释是，它们是由一类新的粒子“弱相互作用大质量粒子”（简称WIMP）组成的，这种粒子不能发光，并和常规物质几乎不发生相互作用。

迄今科学家们已做了大量实验来搜寻这类粒子存在的证据。

1998年以来，为解释宇宙加速膨胀运动，一些科学家又提出“暗能量”概念，认为暗能量作为一种巨大的斥力在推动宇宙加速膨胀。

揭示宇宙中这两种“黑势力”之谜成为了当前宇宙学的最大一个热点。

美国范德比尔特大学理论物理学家罗伯特·谢勒日前提出一个新模型，把这两个谜缩减为一个，即认为暗物质和暗能量只是单一一种未知力量的两个方面。

罗伯特·谢勒认为：

“思考这个问题的一个方式是：

宇宙充塞着一种看不见的流体，这种流体会对常规物质施加压力，并改变宇宙扩张的方式

2、暗物质研究动态

2.1暗物质的提出

它的存在首先是由弗里茨·兹威基（FritzZwicky）在1938年提出的。

这位美籍瑞士天文学家经过观测发现，邻近星系之间相互间的引力要远远大于根据对组成这些星系的恒星观测数据而计算出的引力……由此，他推断星系中存在着大量无形的物质。

如果没有这种物质，引力就无法将有形的物质聚集，那么构筑了宇宙的众多星系就无法形成，至少在大爆炸剧本设定的时间内无法形成。

简单地说：

没有暗物质，就没有星系。

如今，绝大多数的天文学家都同意他的观点，认为这种所谓的“暗物质”是确实存在的。

然而它存在的唯一表现只有引力干扰，除此之外，任何天文望远镜的宏观观测和任何粒子加速器的微观研究都未能揭示其真实的性质。

它到底是极微小的恒星？

还是黑洞？

抑或是无形的星云？

应该都不是，否则人类通过这30多年的努力应该能够发现它的一些蛛丝马迹。

或许它是一种质量巨大然而无影无形的粒子流？

也许吧，反正到目前为止没有任何粒子加速器能够复制这种粒子……那么，到底该如何签别它呢？

人们之所以无法接受对它毫不了解的现实，是因为这种“暗物质”的影响极其巨大——它能够将一个星系的质量增加到其可见部分质量的近百倍。

这可不是个小数字！

因此，现在有一部分科学家正在进行反思，他们认为有关暗物质的问题有可能是一种“伪问题”，人们应该摆脱它的束缚，去对大爆炸理论的一些支柱比如引力规律，加以重新审视。

2.2暗物质存在的可能的早期证据

初发现暗物质可能存在的证据是大约75年前，天体物理学家发现了在一群相互作用的星系间发生了气怪的现象，这些星系中的一些天体以极高的速度运动，而这些星系只有比其观测值重几百倍，所产生的万有引力才能束缚住这些天体。

大约65年前，第一次发现了暗物质存在的证据。

当时，弗里兹·扎维奇（FritzZwicky）发现，大型星系团中的星系具有极高的运动速度，除非星系团的质量是根据其中恒星数量计算所得到的值的100倍以上，否则星系团根本无法束缚住这些星系。

之后几十年的观测分析证实了这一点。

尽管对暗物质的性质仍然一无所知，但是到了80年代，占宇宙能量密度大约20%的暗物质以被广为接受了。

在引入宇宙暴涨理论之后，许多宇宙学家相信我们的宇宙是平直的，而且宇宙总能量密度必定是等于临界值的（这一临界值用于区分宇宙是封闭的还是开放的）。

与此同时，宇宙学家们也倾向于一个简单的宇宙，其中能量密度都以物质的形式出现，包括4%的普通物质和96%的暗物质。

但事实上，观测从来就没有与此相符合过。

虽然在总物质密度的估计上存在着比较大的误差，但是这一误差还没有大到使物质的总量达到临界值，而且这一观测和理论模型之间的不一致也随着时间变得越来越尖锐。

许多宇宙论学家认为，宇宙中会有占90％以上暗物质的存在。

如果宇宙中存在着那种原则上不能发光的非常见物质的暗物质，那么，宇宙中包含的暗物质的多少，就决定了或至少是影响了宇宙是封闭宇宙还是开放宇宙。

所谓封闭式的宇宙，就是指现今的宇宙膨胀达到相当长的一个时间后（例如800亿年），会由于万有引力使宇宙由膨胀而收缩，这又称为振荡式的宇宙；如果宇宙膨胀速度超过万有引力所引起的阻力，而无限地膨胀下去，这就称为开放式宇宙。

可见暗物质对宇宙的影响是非常大的。

暗物质可能有两种形态，一种称为热暗物质，即在宇宙形成物质世界时期，暗物质的候选者仍然保持其相对论性粒子状态；另一种称为冷暗物质，即在宇宙形成物质世界时期，暗物质的候选者已经是非相对论性的粒子。

这两者将在宇宙演化过程中起着不同的作用，但都不能没有。

如何探索、寻找和研究已被天文观测所证实的暗物质？

这是21世纪科学的又一难题。

超对称、超引力等理论参见《百科知识》1981年第1期《理论物理的前景》一文【4】,预言了许多新的粒子.它们都不是重子,它们大都不参与电磁作用,或只有很弱的电磁作用,因而不发光或不容易发光,是暗的;它们大都只参与很弱的相互作用,不可能在现今的实验室里发现它们.所有这些,都很符合暗物质的性质.因而,也许宇宙间的暗物质正是由这些粒子组成的.

位于美国伊利诺伊州的费尔米国家推进器实验室的天体物理学家斯特·多德尔森说：

“我们可以非常