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宇宙中有哪些物质存在形式

万年历 万年历 2022-11-30 07:47:48 5

长久以来,我们能接触和观察到的各种物质,是物理学主要研究对象。众所周知,这些物质都是由原子、分子构成。分子间联结状态的变化,导致了固、液、气三态的变化。原子核内的质子、中子组成,会在核反应中发生变化。质子、中子内部更为微观的结构,则由微观世界物质标准模型描述。这些是我们接触最多的物质形态,因此被称为“普通物质”。

在我们所处的太阳系中,绝大部分普通物质以高温发光形态集中于太阳之上。地球、火星等行星在太阳引力作用下,围绕太阳分轨道运行。根据万有引力定律,太阳这样的中心天体所产生的引力场强弱,和它本身质量相关。质量越大,引力场也就越强大。倘若太阳没有足够大的质量,就无法将各个行星吸引在它周围。换句话说,假如太阳的质量突然减半,那么围绕它运行的行星就会像断线的风筝一样纷纷远离。

数千亿颗像太阳这样的恒星,携带着它们的行星构成了银河系。银河系并非宇宙中的“特殊一员”,整个宇宙中和银河系结构类似的旋臂星系大约有十万亿个以上。

当天文学家对这些星系进行观测时,发现了一些奇怪现象:如果仅仅计算发光物质的质量,那么星系无法提供足够的引力将恒星聚集在一起。从星系外围的恒星围绕恒星中心旋转的速度来看,星系的引力场也比仅由发光物质产生的引力场要强。也就是说,只有星系中存在大量不发光的、我们未能观测到的物质,才能维持星系现状。科学家将这些物质称为“暗物质”。

20世纪早期,在天文学家哈勃发现宇宙处于持续膨胀这个现象时,认为宇宙膨胀速度是恒定的。

然而,物理学家在1998年通过对遥远的超新星进行观测时发现,宇宙实际上是处于加速膨胀过程中。也就是随着时间流逝,宇宙膨胀会越来越快。

在依据爱因斯坦广义相对论建立的引力场方程中,必须引入我们现在尚不了解的一种“暗能量”,才能解释宇宙的加速膨胀。按照广义相对论,质量和能量存在着简单的换算关系,且在一定情况下可以相互转化。因此,宇宙学家在讨论宇宙组成时,也将暗能量视为一种物质。

根据2013年普朗克卫星的观测数据和相关计算,我们熟知的、能够接触到的普通物质,仅占宇宙物质总量的4.9%,而其他95.1%则由暗物质和暗能量占据。其中,暗物质占26.8%,暗能量占68.3%。

目前,人们对暗物质、暗能量的了解还非常有限,对它们的科学研究也在持续进行。

2015年12月17日,我国一颗名叫“悟空”的暗物质粒子探测卫星发射升空,科学家希望借助“悟空”的“火眼金睛”——科学探测仪器,在太空中捕捉与暗物质相关的现象。

对于暗能量探测,我国也已立项实施了“天籁计划”,用众多射电望远镜组成的望远镜阵列,接收来自宇宙中与暗能量相关的无线电波,以期在破解暗能量之谜的道路上取得进展。

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