物理学理论面临第五次大突破

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物理学理论面临第五次大突破

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作者：何祚庥   2005-3-1 2:25:57 搏客力量 推荐 [科技]
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7 Z3 f/ o. D1 n6 G! p2001年人类第一次观测到的暗物质

　　
+ \( h1 J; ]3 B6 M　　宇宙的组成是什么?在宇宙中，除了人们常见的各种发光的星球，星系，星系团、类星体，……等等发光天体，是否还存在着不发光的天体，或不发光的物质？
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) R0 k1 [+ g* L% {6 w　　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，在太阳的周围有九大行星，有月亮这类的卫星。这些行星或卫星自身并不会发光，它们仅能反射光。既然在太阳系里存在着这种仅能反射光但不发光的物质，理所当然地也能希望这种形态的物质也能在其它星系中存在。
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7 u9 w$ S9 G& r8 z　　更受到广泛关注的或更为重要的问题是，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、折散或散射光，亦即对各种波长的光，它们都是百分之百的透明体！在宇宙中是否存在占95％以上的暗物质和暗能量亦即透明物质的问题，这是当前宇宙论研究中一个重大的热点。

. P) v; _% k/ t5 e　　何谓暗物质和暗能量？
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　　暗物质和暗能量概念的提出，首先是因为在天文观测中发现一系列和引力相关的物理效应，只能用引入存在着绝对透明的物质的观念才能加以解释。当前要探讨或解决的首要问题，“何谓暗能量”？

　　暗物质有两种形式：一是热暗物质；二是冷暗物质。热暗物质的最佳候选者是中微子。但中微子构成暗物质的前提，是三种中微子之中，至少有某一种中微子具有静止质量。近20多年来，有许多直接测量或间接测量中微子质量的方案。
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6 B3 g0 l. C6 I" n  P/ X4 n9 P' W% Q　　至于冷暗物质，一般公认为带有超对称性质的中性重粒子，Neutralino是最佳候选者。在中国，现在高能所正和丁肇中实验组合作搜寻Neutralino的带电的伙伴Chargino。如果能够找到，这当然是高能粒子物理的重大事件，对于人们用“超对称”中性粒子解释冷暗物质的假说，是一个有力的支持。
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　　至于暗能量却是近几年来由于微波背景辐射的细致观测(WMAP的精密数据,Supernovae
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　　Ia的数据)，导致了以下一些惊人的结果：a)宇宙年龄是137±2亿年；b)哈勃常数是
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　　0.71±

  Q6 A" O% f* H8 F" A$ m4 H/ p　　0.04公里/秒/Mpc;c)宇宙呈现以下结构，宇宙总质量（100%）≌重子+轻子（4.4%）+热暗物质（≤2%）+冷暗物质（≈20%）+暗能量（73%），而总密度Ω0=1.02±0.02，亦即恰好差不多等同于平直空间所要求的临界密度。 暗能量将具有一些前所未发现的一些新的性质，通常物质（包括暗物质）的特点是：

　　如果状态方程由P=Wρn所表示，（其中P是压力，ρ是密度，W是某一常数，n是某一数值），那么对普通物质恒有W≥0，而暗能量的状态方程却是W=-1。W=-1，意味着压力P是负值，而在通常的状态方程中，压力P是正值。过去，物质的密度越大，压力P越大，而现在压力P却“负”得越大！
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7 ]5 l4 [3 s+ h　　这里要研究的问题是：1)观测或实验上能否进一步确认暗能量的存在？暗能量还有那些特征或特点？2)有什么样的理论模型能解释这一新的物质形态？其实，在宇宙学的领域，直到现在也还没有解决“何谓暗物质”？总之，一种新的尚没有为人们所能理解的物质形态出现了！这种新的物质形态的出现，必将导致物理学理论的新的大突破。