什么是暗物质范例6篇

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什么是暗物质范文1

1、行政案件权利义务告知书是为了保证当事人依法行使诉讼权利和履行诉讼义务,根据《中华人民共和国行政诉讼法》的规定,将当事人的诉讼权利义务进行告知。

2、一般内容如下:根据《公安机关办理行政案件程序规定》之规定,在公安机关对行政案件进行调查期间,你依法享有以下权利和义务:一、对案件事实有如实陈述的义务,诬告或者作伪证应当承担相应法律责任;对与案件无关的问题,有拒绝回答的权利;嫌疑人有权进行申辩和请求调查有利于自己的事实和证据。二、有权核对询问笔录,认为笔录有遗漏、差错的,有权要求补充或者更正。对于没有阅读能力的被询问人,调查人员应当如实宣读。询问笔录应当由被询问人逐页签名、盖章或者捺指印。拒绝签名或者盖章的,调查人员应当在询问笔录上注明原因。三、对公安机关及其人民警察不严格执法或有违法违纪行为的,有权向上一级公安机关或者人民检察院、行政监察机关检举、控告。

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什么是暗物质范文2

【关键词】暗物质;暗能量;研究进展

【Abstract】In the 21st century from the physics and astronomy is one of the major challenges of dark matter and dark energy .This thesis tells the concept and discovery history of dark matter and dark energy briefly.Then it introducts the international and domestic research trends of dark matter and dark energy detailly.At last,it outlooks our country’s research prospect of dark matter and dark energy.

【Key words】Dark matter;Dark energy;Research progress

我们知道原子组成物质,质子、中子、电子等粒子组成原子。但是,20世纪末的天文观测发现普通物质只占宇宙的4%,而暗物质占23%,暗能量占73%。李政道教授指出:“暗物质是笼罩20世纪末和21世纪初现代物理学的最大乌云,它将预示着物理学的又一次革命。”研究它们将会在物理学和天文学史上诞生出新的重大发现,并对未来的科学发展产生不可预估的重要作用。

1 什么是暗物质、暗能量

1.1 什么是暗物质

暗物质(Dark Matter)是一种因存在现有理论无法解释的现象而假想出的物质,它小于电子和光子,不带电荷,与电子不发生干扰,对电磁波和引力场均能穿越,是组成宇宙的重要部分。

1.2 什么是暗能量

暗能量(Dark Energy)是假想的一种能量形式,它充溢在广阔的宇宙空间,以一种负压力为表现,在推动宇宙运动中起巨大作用。

2 暗物质、暗能量的发现历史

2.1 暗物质的发现历史

1933年弗里茨.兹威基(Fritz Zwicky)发现按照星系的径向运动速度推断出的星系团质量和按照星系团中发光星体推断出的质量相差了近400倍。因此,他推测星系团可能主要由不发光的物质构成,并首次提出暗物质的概念[1]。

20世纪70年代,美国天文学家薇拉.鲁宾(Vera Rubin)通过对大量星系旋转曲线的研究证实宇宙中确实存在大量暗物质。

20世纪80年代,科学家正式提出了“暗物质”这个名称并被广为接受。

2.2 暗能量的发现历史

按照宇宙大爆炸理论,发生大爆炸后,宇宙的膨胀速度会因为时间的流逝逐渐减慢。但1998年,美国加州大学物理学伯克利国家实验室(LBNL)及澳大利亚国立大学的科学家们发现,宇宙正在加速膨胀,并不是以前科学家预测的减速膨胀。

Ia型超新星观测是宇宙中存在暗能量的最直接观测证据。1998 年两个Ia 型超新星(SN)小组发现了宇宙在加速膨胀,由此揭示了暗能量的存在,这一成果被美国《科学》杂志选为当年的世界十大科技进展之首。之后暗能量一直为物理学界和天文学界关注的焦点。暗能量的基本特征是具有负压,在宇宙空间中(几乎)均匀分布且不结团[2]。

3 暗物质、暗能量的研究动态

3.1 国际暗物质、暗能量的研究动态

20世纪70年代以来,通过对大型天体间尤其是星系间的引力观测研究,科学家们发现,普通物质不会引起这么大的引力,因此宇宙存在暗物质的理论被广泛认同。

发现暗物质存在的直接证据是在2006年。美国天文学家在对星系团1E 0657-56进行观测时意外观测到在星系团猛烈碰撞的过程中,黑暗物质与正常物质分开,由此获得暗物质存在的直接证据。

2007年1月,暗物质分布图诞生。

2007年,美国暗物质研究评估小组成立,该小组由美国国家航空航天局(NASA)、自然科学基金会(NSF)、美国能源部(DOE)联合组成,在其的报告中指出,破解宇宙暗物质谜团具有极其重要的科学意义,并希望美国加大在暗物质研究方面的投入,保持世界领先地位。

2007年5月16日出版的《天体物理学杂志》称,约翰斯・霍普金斯大学天文学家小组利用哈勃太空望远镜,探测到了位于遥远星系团中呈环状分布的暗物质[3],成为最强有力的能证明暗物质存在的证据。

2007年,日本成立了科维理宇宙物理与数学研究所(简称“Kavli IPMU”),暗物质与暗能量是其研究的重要课题。并为其昴星团望远镜(Subaru)升级HSC数字照相机,成立了PFS合作组,以进行高精度的深空观测,从而探索暗能量更多的细节。

2008年9月,吨量级的暗物质直接探测实验被列为欧洲天体粒子物理联盟(APPEC)规划的7个天体粒子物理项目规划之首。

2009年12月,迄今为止最有力的发现暗物质的证据在Souden煤矿中被科学家发现。

美国国家科学院在2012至2021天文及天体物理十年规划中,将暗物质与暗能量的探测列为主要的研究方向。

美国自20世纪80年代以来通过宇宙背景探测者卫星(COBE卫星),威尔金森微波各向异性探测器(WMAP卫星)先后对宇宙微波背景辐射进行观测,从而发现了暗能量的存在。斯隆数字巡天(SDSS),暗能量巡天(DES)自21世纪开始通过对超新星和弱引力透镜的观测,尝试获得更多关于暗能量的信息。暗能量谱仪装置(DESI)、广域红外巡天望远镜(WFIRST)、大型综合巡天望远镜(LSST)等期望在建成后能对暗能量进行精密的测量。

2013年4月4日,在日内瓦欧洲核子中心诺贝尔物理奖获得者丁肇中教授首次公布其领导的阿尔法磁谱仪(AMS)项目的第一个实验结果――已发现的40万个正电子可能来自一个共同之源,即脉冲星或人们一直寻找的暗物质。

2014年9月18日,在瑞士日内瓦举行的程林教授团队与丁肇中合作的AMS项目重大成果会上,最新研究成果“宇宙射线中过量的正电子可能来自暗物质”得以公布,并在6个能证明暗物质存在的有关特征中确认了5个。

国外诸多探测暗物质、暗能量的实验(包括地面和空间)正在筹建或已投入运行,其中暗物质地下探测实验室多达20个;空间实验包括高能γ射线实验望远镜(EGRET)、意大利负载反物质探索和光核天体物理学卫星(PAMELA)、费米卫星和普朗克巡天者(Planck卫星)及卫星导航警戒卫星(SNAP卫星)、观测带电粒子的哈勃望远镜(AMS02)、大口径综合巡天望远镜(LSST)等;正在运行的大型强子对撞机(LHC)也将有力地推动暗物质的探测[4]。

3.2 国内暗物质、暗能量的研究动态

我国对暗物质和暗能量的研究非常重视。国务院在2006年制定的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》里面定义了8个基础研究前沿领域,“暗物质和暗能量的本质”是“物质深层次结构和宇宙大尺度物理学规律”领域内的主要研究方向之一。

2008年,由中科院牵头,中国科学家团队制订了一个“上天入地到南极”的暗物质和暗能量探测的发展路线图,其中“上天”指暗物质探测卫星,“入地”指四川锦屏地下暗物质探测,“到南极”指在南极昆仑站建设大型天文望远镜来探测。这些项目得到了积极的推进,并取得了丰富的成果。

国家“973计划”项目之“暗物质、暗能量的理论研究与实验预研”于2010年正式启动。项目首席科学家吴岳良院士将研究目标进一步凝练为“两暗一新”,即通过对暗物质和暗能量的深入研究,探索微观和宇观世界的新现象、发现新规律、提出新理论[5]。

最引人注目的实验进展来自于锦屏地下实验室的暗物质直接探测项目中国暗物质实验(CDEX)和粒子物理和天体物理氙探测器(PandaX)。2013年,CDEX发表了首批低质量区域暗物质直接探测结果,这也是中国在暗物质直接探测方面从无到有的一个突破进展[6]。

由中科院紫金山天文台、中科大合作研发的暗物质粒子探测器(DAMPE)于2015年年底发射,通过探测来自宇宙空间的高能伽马光子、电子以及质子,间接观测宇宙空间中的暗物质。基于未来的中国空间站的高能宇宙辐射探测装置(HERD)也处于积极的研发中,并取得了相当的进展[7]。

在暗能量研究方面,中国目前最大的光学望远镜LAMOST(又称郭守敬望远镜)开始了银河系内观测,但是由于所处地理位置的关系,实现大范围巡天还有困难。观测中性氢产生的21厘米辐射的“宇宙第一缕曙光”项目(21CMA)在进行中。在新疆红柳峡地区开展21厘米天文学(天籁计划)还在进行原理验证。空间站大规模光学巡天项目完成了前期的论证工作,目前正在解决巡天相机所需要的关键技术。

此外,国内的研究单位在暗能量研究方向参与了广泛的国际合作。中国科学院国家天文台等单位参与了SDSS四期、重子振荡光谱巡天(BOSS)、扩展重子振荡光谱巡天(eBOSS)、CFHTLenS弱引力透镜巡天实验等国际合作项目,力图通过天文观测手段对暗能量的物理性质进行限制[8]。

4 我国暗物质和暗能量研究展望

在过去的几年里,我国在暗物质的直接和间接探测研究方面已经赶上世界的步伐,暗能量的追赶却才刚刚开始。

暗物质直接探测实验方面要利用好锦屏地下实验室二期,将相应的研究深入推进。暗物质间接探测实验方面要利用发射暗物质探测卫星DAMPE、AMS项目、紫金山天文台、羊八井宇宙线地面观测站等研究,预期会对暗物质的研究做出有意义的贡献。暗能量研究方面有望利用空间站、观测站实施巡天项目以取得暗能量的突破性研究。

总之,今后的10-20年将是暗物质与暗能量探测研究的关键时期,我国科学家应该有所作为,积极开展先进探测技术的研发,在暗物质、暗能量探测技术水平方面取得突破性重大成果,做出引领世界的贡献。

【参考文献】

[1]ZwickyF.Spectraldisplacementofextragalacticnebulae.Helv. Phys.Acta,1933,6,110.

[2]张新民,陈学雷.暗物质、暗能量研究进展及中国的机遇[J].中国科学院院刊,2015,26(5):500.

[3]科学家首次发现有暗物质存在的直接证据.腾讯网.2007-05-17[引用日期2015-02-6].

[4]蔡荣根,周宇峰.暗物质与暗能量研究新进展[J].中国基础科学,2010,12(3):3-9.

[5]蔡荣根,周宇峰.暗物质与暗能量研究新进展[J].中国基础科学,2010,12(3):3-9.

[6]季向东,张新民,谌勋.中国暗物质与暗能量研究展望[J].科学通报,2016,61(11):1181-1187.

什么是暗物质范文3

关键词:来源;复制;智慧;结构;影响

中图分类号:P1 文献标识码:A 文章编号:1003-2851(2012)-06-0219-01

根据1962年耶里谢维奇编写的《原子与分子光谱》及由格伊特列文自英文编译过来的专著《光亮子理论》,该书于1956年出版以及1961年由索科洛夫编写的《金属的光学性质》,以及1961年由莫斯自英文编译的专著《半导体光学性质》等,具有不同吸收反射光频率的物质、介质来反射光吸收指数与窄光谱的区别在于窄光谱的波长与吸收介质中原子里电子的跳动频率完全一样,电子的跳动频率与窄光谱散射光的波长一致,于是从介质中吸收能量,对分散的原子如稀疏的气体而言,光的吸收谱波长是很窄的,从几十到几百A。金属原子的光谱居然与真空中稀疏气体的光谱一致,也就是与暗物质的光谱一致,从几十到几百A,固体、液体光谱有上千到上万A,分子的光谱从一个A到数千A,电子=暗物质+光子+热能。真空中中子释放出光与热,中子在中子星里是超导超液态和超低温的。光谱的吸收指数只与电子、原子跳动频率一致,与单位面积上被吸收的分子对应,随着光吸收的指数的增大,光谱吸收的波长也越来越宽。铁的导电性特别好,这证明铁原子中电子的复制势能和磁传导势能与被传导电子以及被传导电磁波的复制势能和电磁传导势能,达到几乎98%的接近,所以铁原子是由98%的电子和2%的光子被压缩形成的。铁还是最好的核聚变物质,在高达摄氏几百万度激光束的照射下,铁球中的铁原子可以全部分裂为超越了质子中子结构的电子和光子,这些电磁能和光能散射出和太阳中心一样高的,甚至更高的几乎一亿度的热能和光能。

在114种化学元素中,除了元素氢以外,所有剩余113种化学元素所能够释放的化学热量是完全由它们最的电子数额量,以及电子的层数这2点来决定的,也就是的电子层数越少,电子数量越少,则这些化学元素所释放的化学热量也就越巨大。所有化学元素最最稳定的电子数量是8个,少于这个数量数量要么吸收其它元素的电子,要么被其它元素吸收电子,如元素锂最外层有1个电子,碳的最外层有4个电子;铝的最外层也有4个电子,此外镁的最外层有2个电子,硫的最外层有6个电子。如果把这些元素的物质与硝酸氨混合在一起,它们就是威力巨大的TNT炸药。这些就是我们过去300多年的时间里理解的物质和能量的关系。化学元素的电子层数越少,电子数量越少,它们所吸收的其它元素的电子数量越多,释放的化学热量越巨大。

在核聚变与核裂变的时候,元素所释放的核能热量是由元素最外层的电子数量,原子核所携带的电子层数,以及中子数量这3个方面来决定的。元素氢的电子层数是一个,而且只携带了一个电子,所以它在聚变的时候释放出特别巨大的热能,释放出所有114种元素中最巨大的热能,铀元素携带了所有元素中最多的中子,它释放出所有元素中最巨大的裂变热能。我们过去不知道什么是真空能,元素的真空能是由元素携带的电子层数,电子数量,中子数量来决定的。真空能越巨大,元素携带的电子层数,电子数量越稀少,真空能与热能成正比,与中子数量成正比,与,元素携带的电子层数,电子数量成反比。暗物质元素其实就在114种化学元素中,暗物质所释放的热能是由中子数量,元素电子层数的稀少程度,以及电子的稀少程度来决定的。这完全符合目前观察到的暗物质的电磁势能以及电磁传导势能都特别低的事实。在宇宙中真空能的制造是由恒星死亡后超新星爆发所形成的中子星来实现的,根据谷歌《维基百科全书》俄语和英语版本的归纳,中子星内部的温度在1011——1012K之间,也就是60亿度。

在宇宙中从来没有47亿年以上的石头,物质总是趋向虚无,恒星和物质全部趋向虚无后,居然再次出现恒星和物质,这是很有趣的事实。

什么是暗物质范文4

我们已经用了400多年的时间来否定“地心说”,但“地球不是宇宙的中心”的说法有时仍然令我们困惑不解,因为所有人都清楚地看到太阳、星辰从东边升起,从西边落下,而我们的地球如磐石般稳定。当哥白尼提出地球和其他星体围绕着太阳旋转时,他的同时代人大多认为他的思维逻辑是十分荒谬的,只有少数几个学者认同他的观点。

为了这个理论,伽利略付出了比哥白尼更大的代价。他用一架望远镜证明了“日心说”,并发现光滑的月球上有陨石坑,有许多卫星围绕着木星转动。这搞得他的同时代人十分不安,他们拒绝接受他的新仪器和新观点。他们认为,比挑战常理更危险的是,他挑衅了天主教会。《圣经》中说太阳绕地球运动,伽利略的观点却与此相反。他被教皇认定是异教徒,因此惹来了杀身之祸。

② 我们身上的细菌咄咄逼人

抗生素和疫苗拯救了无数人的生命。如果没有这些现代医学发现,我们中的许多人可能会在童年就死于脊髓灰质炎、腮腺炎和天花。但是,有些细菌进化得非常快,其速度甚至超过了我们找出对付它们的办法的速度。

流感病毒变异得如此之快,以至于去年还十分有效的疫苗到今年可能就不行了。医生们经常被具有抗生素耐药性的葡萄球菌所困扰,这些细菌只要有一点点就能使人体感染或者让生命受到威胁。同时,新的疾病可以在人畜之间传播,比如来自灵长类动物的病毒性出血热,果子狸的“非典”,啮齿动物的汉坦病毒,鸟类的禽流感和猪的猪流感。以至于肺结核,这种将肖邦和梭罗置于死地的疾病,也正在卷土重来,部分原因是一些被抑制的病菌的部分菌种产生了耐药性。所以,即便是在21世纪,我们也很可能死于肺结核。

③ 美味食物可能危害我们的身体

1948年,在美国马萨诸塞州弗雷明汉市,一个心脏病研究机构招募了5000多名当地居民参加一个心脏病风险因素的长期研究项目。这可是一个时间相当长的研究,当年的那些志愿者的孙子们现在正被招募到此项研究中来。这项研究以及之后的流行病学研究都表明,一个人对于美味食品依赖得越多,他患心脏病、中风、糖尿病和某些癌症的概率就越大,并越有可能带来其他一些健康问题。牛排、薯条、班尼克蛋、抹有奶油的热巧克力等美味食物都被证明是“健康杀手”。当然,有些美味的食物被证明是有益的,如蓝莓、豆类、坚果,甚至包括红酒。

我们对多盐、多脂肪和多糖食物的味觉喜好进化自我们的远古祖先,他们生活在食物匮乏的“狩猎-聚居”时代。但在食物易得而人们又不爱活动的今天,这些味觉喜好就变得不那么可取了。

④我们可能身陷

第六次大灭绝中

古生物学家确认,地球历史上曾经发生过五次生物大灭绝。不论是什么原因所致(主要猜测为小行星撞击、火山喷发和气候变化),大灭绝都使地球上的大多数甚至绝大多数物种消失了。

现在,根据许多生物学家的观点,我们可能正处于第六次大灭绝之中。在此之前已经有很多物种从地球上完全消失了,比如曾经统治地球的恐龙,以及猛犸象、剑齿虎,之后的袋狼等。不论大灭绝的早期原因是什么,我们人类目前正在进行的狩猎、毁坏栖息地、引进外来物种,以及无意间传播疾病等活动都推动了这次大灭绝。

⑤ E=mc2

著名的爱因斯坦方程无疑是最智慧最美丽的科学发现,但它同时也是最为颠覆我们的世界观的科学发现。它彻底改变了现代物理学的研究走向,揭示了一个我们过去完全未知的世界。这个方程所揭示的能量蕴含在这个“c?”里,即光速的平方(光速等于299792458米/秒)。当这个数字是你的乘数时,你不需拥有太多的质量,一点点钚就足够多了――其能量足以摧毁一座城市。

⑥ 你的意识未必是你自己的

弗洛伊德的一个重要观点被证明是正确的,这就是:人们的很多行为、信念和感情都受潜意识的驱使。先来看看天气吧,晴朗的天气会使你变得更加快乐和更愿意帮助别人。而在味觉测试中,你多半更喜欢你最先尝到的味道,即使所有的味道都是一样的。如果你看一个人(或一个物体)越久,你就越有可能喜欢上这个人(或这个物体)。当然,在择偶时,部分原因取决于对方的气味。

我们所犯的错误不胜枚举:我们可能根据一些传闻得出错误的结论,为了支持我们的先入为主,我们可能误读信息,我们太容易被一些细微末节分心和误导。还有那些所谓的记忆,其实是我们在回忆往事时重复讲给自己听的故事――尽管它们是如此的生动形象,但心理学家发现,记忆具有可塑性,我们的记忆有时是靠不住的。

⑦ 我们都是猿类

我们都是猿类――这听起来让人有些泄气,尽管我们是多么的自命不凡,我们的确是灵长类动物“新近”的一个变种。我们比黑猩猩更善于抽象思维,但我们比大猩猩体弱,我们在树上不如红毛猩猩敏捷,脾气却比矮黑猩猩更加暴躁。

达尔文原本是相信万物皆由上帝创造的,但在随“小猎犬号”在各地游历考察之后,他逐渐认识到生物进化的重要性。《物种起源》问世已经一个半世纪,可关于进化论的争论还在继续。我们的祖先是类人猿?这与各种文化中的创世神话发生了冲突,但这并非异想天开,生物学、地质学、基因学、古生物学,甚至物理学和化学等各个学科的研究,都证明了达尔文伟大的洞察力。

⑧ 世界各种文化都曾以活人祭祀

假如临死前,你可以带些随葬品作为死后之用,你打算带些什么呢?带几个硬币给冥河渡船人?鲜花?抑或你所爱的人的纪念品?如果你是古埃及法老,你会把你的仆人都杀掉并葬在你的墓旁;中国古代帝王的嫔妃会被殉葬以永久地陪伴君主;某些印第安部落用活人祭祀;阿兹克特人为特诺奇蒂特兰大金字塔落成典礼屠杀了数以万计的人;在神圣的玛雅球类比赛后,输掉的一方会被用于献祭。

在这些令人毛骨悚然的描述中,我们很难区分哪些是事实哪些是虚构。在《圣经》、希腊神话和北欧史诗中都描写了献祭仪式,古罗马人也讲述他们用被征服者献祭。不过,相关的证据却凤毛麟角。令人震惊的是,最近的一些考古研究成果表明,在祭祀仪式上杀人甚至吃人是很寻常的。

⑨ 我们改变了本世纪气候

气候变化的原因并不复杂:我们燃烧化石燃料,其中的一个副产物就是二氧化碳;二氧化碳进入大气层并且储存热量,使地球表面变暖。气候变暖的结果已经显而易见:冰川比以往任何时期融化得都快,鲜花盛开得更早(去问问梭罗就知道了),动物和植物正在向更高的海拔和纬度移动。

更让人不安的是,二氧化碳会在大气层里呆上好几百年。我们现在才刚刚意识到:人类参与了气候变化,而我们可以预测的未来将是凄惨,或者是一场灾难。

⑩ 宇宙是由我们难以想象的物质构成的

当你想到宇宙时,你所能想到的是星星、星系、黑洞、尘埃。然而,这些仅仅占了宇宙全部物质的4%,其他的则以两种“暗”的或称“尚不明确”的形式存在着:暗物质占到23%,暗能量更是高达73%。

关于什么是暗物质,科学家们多少有一些看法――奇异的、尚处于假设中的粒子。而关于什么是暗能量,他们几乎没有一点线索。有科学家称,暗能量是“所有科学中最深奥的秘密”。

什么是暗物质范文5

天文工作者首先发现银河系以外的星系离我们愈远,其红移值愈大。根据我们对声波多普勒现象的认识,人们便自然联想到星系是否在飞离我们,而且离我们愈远的星系其飞离的速度也愈大。问题的推演到此并没有结束,如果所有的星系现在都在飞离我们,那么在一个久远的过去,这些星系是否应该聚集到一个点?于是,我们的宇宙是由一个点经过一次大爆炸,随后又不断膨胀而产生的观点便这样顺理成章地出现了。之后天文学领域中若干新的观测结果,如宇宙背景辐射等更进一步证实了大爆炸宇宙学观点。但是,事实真的如大爆炸宇宙学理论所解释的那样吗?笔者的回答则是完全否定的。

其一,宇宙空间不可能发生膨胀。

既然宇宙是由所谓大爆炸产生的,人们首先就会提出这样的问题:宇宙空间真的能够膨胀吗?为了回答这个问题,我们不妨先搞清楚什么是人们所说的宇宙空间。大家知道,科学的时空观认为,空间和时间一样,都是运动物质存在的一种基本形式,而所谓空间则是指运动物质的广延性。但由于物质在真实三维空间中运动的无限性,决定了运动物质的广延性也必然是无限的。这似乎可以与现在人们认为物质引力所及范围是无限的相类似(虽然物质引力传输的距离未必是无限的),所不同的是空间仅仅是运动物质的一种存在形式,而存在形式的范围所及是不需要任何传播过程的。也就是说,只要有物质的存在,空间也必然同时存在。但引力的传输则必须依靠物质的引力子,其传播速度也必将受到光速的限制。由此,我们就不难得到一个明确的结论:宇宙空间与物质是同时存在的,本来就是无限的,因此也根本不存在所谓空间膨胀这一大爆炸理论所设定的命题。

不仅如此,我们还可以从另一个角度来证明空间并未发生所谓的大爆炸。按照大爆炸理论,离我们愈远的空间飞离我们的速度也愈快(而且还在加速)。当然,被该空间携带的星系飞离我们的速度也愈快。而根据狭义相对论,当星系飞离的速度愈接近光速,则其质量也就愈大。计算表明,当星系相对地球的 速度为0.9倍光速时,该星系的质量为其静止质量的约2.3倍;当速度增加到0.999倍光速时,该星系的质量则激增至其静止质量的22.4倍。显然,其速度趋近光速,则其质量趋于无穷大。现今,按照大爆炸理论给出的最新哈勃常数和宇宙半径计算,飞离我们最快的星系速度即使达不到超光速至少也应该无限接近光速了。在这种情况下,星系在数十万倍增加的物质引力的作用下,最终引发星系剧烈塌缩并生成黑洞则是完全可以预期的。当然,这样的黑洞我们很难观测到。但就银河系内相对足够遥远的星系来说,其飞离速度也应该趋于光速,因此银河系的质量也理应趋于无穷大。但是,实际情况并非如此,我们周围的一切都很正常。我们总不能设想,我们面前的任何一个物体,其实际静止质量真的趋于无穷小吧?

现实的状况与大爆炸理论的逻辑结果为什么会有如此大的差别呢?最简单的答案是:要么是狭义相对论出了问题,要么就是并不存在所谓宇宙空间的膨胀,更不要说什么近(超)光速的膨胀了。

大爆炸理论的支持者也考虑到了这种情况,于是他们坚持说,星系只是被空间携带着,而相对于空间并没有运动,因此也就不会发生所谓狭义相对论的问题。笔者认为,这其实是一种自欺欺人的说法。设想在一条加速流动的河水中,上下游A、B两点分别有一条无动力小船在漂流着。一般来讲,小船相对于船底的水流并无相对运动,但毋庸置疑的是,A、B两点的水流是有相对速度的。因此,无论将坐标系原点选在哪里,两条船间有相对速度也是不可否认的。当这两个点水流的相对速度超过光速时,两条船的相对速度必定也会超过光速。

其二,宇宙空间的驱动源是什么?

退一步说,如果空间真的可能膨胀,那由此会产生更多的问题。人们首先要问的就是:空间是因什么力量膨胀的?

据说,宇宙的大爆炸经历了两个主要阶段:其一是自旋为零的标量场(也就是所谓的暴胀子)造就了普朗克尺度宇宙(简称微宇宙)的暴胀;其二则是由所谓暗能量驱动宇宙空间发生了后来的热大爆炸。

根据大爆炸理论,从宇宙大爆炸开始后的1E-36秒~1E-34秒,微宇宙以指数增长的速率急剧膨胀。在这极短的一瞬间,微宇宙竟由一个极小尺度的球(他们给出的数据相差极大,从1E-33厘米到3E-25厘米)胀大到几毫米甚至10厘米的大小,其膨胀速度竟达到几亿亿亿倍光速。这就是有名的暴胀理论,它认为暴胀的基本动力源就是标量场的再次量子涨落。“当宇宙仍如普朗克长度那么大时,如果给它一个猛烈的向外推动(其作用犹如反引力),就会促使微宇宙发生暴胀。”(《大宇宙百科全书》。)而这个“猛烈的向外推动”正是由于标量场的再次量子涨落才得以实现的。

但是,人们要问的是,这些自旋为零的标量场是从哪里来的?事实上,即使量子理论,其基本粒子的标准模型中也没有大爆炸理论所需要的标量场,即由自旋为零的介子所构成的场。该理论的标准看法是,在暴胀前的大统一时期,存在着大统一的原始力。而按照大爆炸理论,那些构成自旋为零的介子的夸克,也只是在所谓的暴胀中才被生成的。当然在暴胀之前,由这类自旋为零的介子构成的所谓标量场也不可能存在。不过也有人说,暴胀前还存在着自旋为零的希格斯粒子(或希格斯场)。很多人认为,现有已知的60余种基本粒子中,有质量的粒子其质量都是从希格斯场中获得的。但遗憾的是:①认为希格斯粒子必定存在的希格斯本人,却并没有赋予希格斯场推动宇宙空间急剧暴胀的特殊功能;②标量场即使存在,但它又是如何以“猛烈的向外推动”来推动空间以极其巨大的超光速暴胀的。显然,在大爆炸理论中对于空间如何暴胀(包括后来所谓的热大爆炸)的机制,从来没有做出过任何解释或是猜测。

再说暗能量。对于大爆炸理论来说,这无疑是一种极为重要的促使宇宙空间继续膨胀的斥力源。但是,大爆炸理论对在宇宙大爆炸中物质如何产生进行了十分详尽的描述,但时至今日,却没有对暗能量(包括暗物质)是如何生成的做过任何说明或是猜测。也就是说,在他们创生的宇宙中,原本就没有暗能量和暗物质的地位,只是后来因为该理论的需要才提出这个所谓的暗能量(及暗物质)问题。

大爆炸理论认为,在热大爆炸的初期,暗能量的斥力远不如物质引力强,所以这时的宇宙空间只能依靠暴胀的余威在做减速膨胀。只是在宇宙空间的尺度大到足够程度时(宇宙半径三四十亿光年),宇宙空间会因为暗能量斥力逐渐超过物质引力开始由减速膨胀转为加速膨胀。这里就出现了一个奇怪的问题:暗能量在宇宙诞生之初其能量密度显然就低于物质的引力能密度。因此,随着空间的膨胀,二者的能量密度理应随之同时降低,仍然保持引力能密度大于暗能量密度的状态。但是,为了实现宇宙空间的加速膨胀,大爆炸理论却告诉我们在引力能密度下降的同时,暗能量密度却始终精确地保持为一个常值。

事实真的是这样吗?首先让我们听听大爆炸理论是如何解释这个问题的吧!解释一,他们认为新膨胀出来的空间本身就包含着能量,即所谓的真空能(零点能)或暗能量,而且膨胀出来的单位空间中所含的暗能量又与原单位空间含有的暗能量精确相等。因为只有满足这个条件,才可能保证暗能量的能量密度不随宇宙空间膨胀稀释而始终保持一个恒定值。但这种解释又意味着什么呢?其一,能量可以无中生有,或者说能量守恒定律在这里已经完全失效;其二,新膨胀出来的空间中还必须只创生出暗能量,而不能同时创生出物质。因为物质如果与暗能量同步等量创生,则暗能量斥力就永远无法战胜物质引力了。解释二,有一段奇文很能代表大爆炸理论中的另一种观点:“真空能量的张力很强,因此它会紧抓着空间,不让宇宙扩张。换句话说,和辐射相反,宇宙扩张会将能量传给真空能量,让它的张力越来越强。虽然真空能量会因宇宙扩张被稀释,但其张力却增强。这两种效应抵消之下,产生了一个特异的结果:常数的能量密度维持定值,不受宇宙扩张影响!”(《比光速还快》。)

现在,我们就试着对这段奇一点分析。第一,文章开宗明义地指出,真空能量的张力很强,会“不让宇宙扩张”,接着又明确告诉我们“宇宙扩张会将能量传给真空能量,让它的张力越来越强”。这就是说原来驱动宇宙空间膨胀的真空能量,在这里反倒成了不让空间膨胀的阻力。第二,阻止空间膨胀的张力增强了,而暗能量的能量密度又稀释了,宇宙空间将如何完成由减速膨胀到加速膨胀的转换呢?原文认为,张力增强和暗能量稀释这两种效应竟然会相互抵消,保持能量密度维持定值不变。但是,与宇宙半径的立方成反比关系的能量密度是一个标量,而张力则是与宇宙半径成正比的一个矢量。更何况,暗能量密度稀释和张力增强都会阻止空间膨胀,二者又怎么可能相互抵消并保持暗能量的能量密度不变呢?第三,该理论认为宇宙扩张会将能量传给真空能量,这更是一种毫无根据的说法。根据能量守恒定律,真空能量只能在驱动宇宙空间膨胀的过程中不断被消耗。但原文说宇宙空间会反过来将能量又传给真空能量,这恐怕就如同说火箭推进剂燃烧推动火箭运动,而火箭运动又会将能量传给燃烧着的推进剂一样不可思议。在大爆炸理论中,宇宙的膨胀竟然变成了现代版的永动机系统!

其三,宇宙空间是如何膨胀的?

再退一步讲,我们姑且承认上述空间膨胀驱动源真的存在。那么,驱动源又是如何驱动空间膨胀甚至暴胀的呢?对此问题可能有两种答案:①如科学时空观所描述的那样,物质的运动决定了空间运动,因此是零旋粒子或暴胀子猛烈地向外运动产生了对空间的推动,但粒子本身的速度是受到光速限制的,因此无论粒子如何涨落,暴胀的速度都不可能超过光速。因此说空间的膨胀速度可以不受光速的限制,显然是没有任何根据的。②量子涨落本身就是一种巨大的能量或能量场存储着的一种势能。但遗憾的是,所谓空间只是物质客体存在的广延性,或是运动着的物质存在形式的一种。试问,量子涨落或存储的势能怎么可能去猛烈向外推动物质的广延性或物质的存在形式呢?这就好比一个点亮的灯泡,将灯泡视为物质,其光辐射视为广延性。当我们移动灯泡时,光辐射会随着移动。但我们不可能去移动光辐射,更不能用移动光辐射的办法去移动灯泡。

根据相关的引力理论计算,所谓大爆炸产生的宇宙始终是一个强引力场。暴胀后,宇宙中的全部物质已经生成(其实有观点认为,暴胀前就已经存在诸如磁单极子、X玻色子之类的物质粒子),其引力半径也就被确定(约1.5亿光年)。而引力半径与系统最大尺度范围之比我们称为系数K,常被用来表示系统的稳定性,过大的K值则表示系统会在强大的物质引力的作用下发生塌缩。不过大爆炸的宇宙却十分神奇,暴胀时,其K值近于无穷大但却能以超光速膨胀,一直到产生所谓宇宙背景辐射时,宇宙仍有一个很高的K值。这样的系统似乎也应该在引力的作用下强烈收缩成超大黑洞,或者又回到微宇宙的时代。

但这样的情况并没有发生。大爆炸理论对此辩解说:“……以致引力即使现在已经能够快速发挥其将一切东西拉回到大崩塌的作用,也需要经数千亿年先制止膨胀,然后才能使其反转。”(《大宇宙百科全书》。)但真实的情况并非如此。按照大爆炸论者的观点,物质粒子只是被空间携带着,相对于空间并没有运动,那么这些被携带的粒子是否具有动量呢?如果没有动量,这些粒子在超强引力的作用下必将在极短的瞬间被消灭于无形。因此,物质粒子也必然具有动量。如果物质粒子和空间暴胀一样,具有百万亿亿倍光速的速度,我们则可以根据大爆炸论者给出的数据做一个简单的计算:暴胀结束时宇宙的尺度约10厘米,物质粒子的末速度约为1E22倍光速,引力质量仅计算物质,约为0.08E52千克,再考虑到粒子动量与引力作用于粒子的外冲量最终实现平衡,结果表明,在不到1.4E-12秒的时间内,暴胀的余威就消耗殆尽。如果对暴胀之初进行同样的计算,其时宇宙的尺度仅略大于普朗克长度;暴胀提供的物质粒子总质量应该极少,物质粒子的初速度与普朗克时期末的速度大体一致(约为1倍光速)。根据这些数据,则计算的结果更加令人吃惊———粒子动量与外冲量达到平衡的时间竟远不到1E-40秒。也就是说暴胀刚开始,就已经被自己创生的物质引力所消灭,暴胀尚且无法实现,当然也就更不可能为后来的热大爆炸提供初期的驱动力了。加之热大爆炸初期,暗能量的反引力(斥力)又远弱于物质引力,那么宇宙空间的热大爆炸又怎么可能实现呢?当然也就更不可能发生继续膨胀数千亿年的奇迹了!

其四,宇宙只能要么膨胀、要么收缩吗?

正如我们在前面已经指出的那样,宇宙空间不可能在宇宙常数或物质引力的直接作用下发生膨胀或收缩,除非它们排斥或吸引的是空间中的物质。宇宙间的物质在宇宙常数的斥力及物质本身引力的共同作用下,可能会获得暂时的平衡。但是这样一个暂时平衡的宇宙显然是不稳定的,因为只要有一个适当的扰动,宇宙就可能失去平衡,物质会在斥力或引力的作用下要么飞散,要么聚拢。但这一分析却只能适用于大爆炸产生的尺度有限的宇宙。可是如果宇宙空间是无限的呢?如下的结论应该是可以被我们接受的:在一个无限均匀且各向同性的空间中,任意一点在任何方向上所受到的物质引力或暗能量(如果真的存在的话)斥力虽然均为无穷大,但其合引力或合斥力却都必将为零。正因如此,所有的星系才可能自由自在地悬浮于这个广袤无垠的宇宙空间之中。也正是这样的宇宙才可能是一个真正没有中心的宇宙,才会是一个总体上既不会发生塌缩也不会发生膨胀的宇宙。

其实,宇宙空间的特性到底是什

什么是暗物质范文6

绘画就是一种“欺骗”

著名荷兰图形艺术家埃舍尔曾说过,绘画就是“欺骗”(当然,这里的欺骗指的是制造错觉)!画家也可以让这种“欺骗”成为一种艺术―这也是埃舍尔独特创作的源泉,即我们在二维画面上看到的并不是真实的三维物体,那种三维物体只是人脑根据有限的信息整合出来的。画家完全可以通过画面的设置,使大脑无法整合出一个统一的三维物体,而让我们只能看到一个貌似三维的、矛盾的物体,这在埃舍尔的许多作品中都有体现(参看《知识就是力量》2015年3期《当绘画注入科学元素》、2016年2期《当绘画引入几何元素》、2016年6期《当绘画揉入时空元素》等文插图)。

从毕加索、达利、埃舍尔和马格利特等许多超现实主义画家的画作中可以看出,他们画作的成功之处在于,他们进行思考、创作的方式不像是艺术家,而更像是科学家或技术专家。这也恰恰是他们能够与科学家产生共鸣、被科学家欣赏的原因。

对于科学家来说,埃舍尔这类画家的画作就像一座宝藏,各学科的科学家都能从中挖掘出自己想要的东西。英国著名数学家、物理学家彭罗斯在他著名的论著《皇帝新脑》中,用埃舍尔的《圆极限》解释罗巴切夫斯基空间;诺贝尔物理学奖得主杨振宁所著的《基本粒子发现简史》的封面采用了埃舍尔的《骑士》,用以表达基本粒子的对称性;协同学创始人哈肯在《协同学:大自然构成的奥秘》中,用埃舍尔的《画手》解释序参量;美国天体物理学家索恩在《黑洞与时间弯曲》中,用埃舍尔的《瀑布》解释时空规范的转换;埃舍尔的《魔带立方体》,则常被心理学家用来说明视错觉等等。

绘画倒置带来的错觉效应

在绘画中反映错觉的方式多种多样,比如从埃舍尔的作品中,我们可以看到对分形、对称、双曲几何、多面体、拓扑学等数学概念的形象表达。接下来,我们就看看绘画中产生错觉的方式―倒置。

倒置的概念很广,既可以上下颠倒,又可以左右颠倒。我们的大脑为我们构建了一个难以置信的现实世界,而每个人大脑中的世界又各不相同。如果你第一次看到下面的地图,是否会觉得有些怪怪的?并且会问,这是什么地图?这是澳大利亚到处都能买到的世界地图。实际上,只要将其旋转180°(像左D一样),居住在北半球的居民就能看惯了。在地图上,北方一定在上边,东方一定在右边,这到底是谁规定的呢?原来是居住在北半球的人们的习惯。所以在澳大利亚,人们就将北半球人们所用的世界地图倒过来挂了。

如果你对错觉艺术转不过弯来,那么,最有效的解药就是科学了。具有科学性质的错觉绘画向我们揭示了科学,科学的基本内核就是假设,而新的科学假说需要建立在克服表象、假象或错觉的基础之上。

错觉绘画可产生广泛的吸引力

视觉科学自诞生之日起,便体现了最具代表性的知识和技术。从视觉透视理论的起源开始,贯穿古代到文艺复兴时期,再到当今世界。理论家们回答了为什么错觉能够发挥重要的作用,以及它是怎样发挥重要作用的问题。人们往往认为:他们看见的事物是客观上实际存在的事物,科学艺术家对这一认识提出了质疑。他们列举了许多视错觉的例子来证明,我们感知到的世界实际上是我们大脑根据感官材料加工而成的复杂产物,例如空气透视错觉。

如果你仔细地看下面这幅画,会看到阳光下、农舍前、田野上、绿树旁,一位坐在庄稼地里的男性农民正在张望路过的妙龄女郎;但是从整体上看去,却又是一幅凡高的肖像画!那么,是什么让你觉得它有吸引力呢?答案就是两个字:错觉。

我们为什么要对人类惯常看世界的方式提出质疑呢?让我们来来看《矛盾棋盘》这幅绘画作品。猛一看似乎都还正常,但是仔细观察之后,疑问会一个接一个地跳出脑海。在这里,传统被打破,我们处于一个奇异的世界,显然,我们上当了。这是一个透视和错觉的世界。

人们认为客观的事物,有时也可能有错觉,这样的例子很多。例如(万有)引力如此之“轻”的现象(相对于4种自然力中的其他3种:电磁力、强力和弱力),在诺贝尔物理学奖得主、美国物理学家维尔切克看来,就是一种假象或错觉;而据近年来《科学美国人》的刊文,量子力学在某种意义上来讲也是一种表象―在占宇宙95%的暗物质、暗能量没研究清楚前,我们还不能肯定量子力学就是论述宇宙客观基础的学说。什么是表象呢?表象实际上也是一种错觉,而表象错觉就是局域性、不深入、不完整的观察,根本原因就在于过度依赖人类自身的有限观测……

克服错觉给人们带来的思维混乱,进而取得科学上进步的例子在科学史上比比皆是,最为典型的错觉理论就是托勒密的“地心说”;而哥白尼鸟瞰或站在太阳视角上看宇宙的“日心说”则更正确―曾跟意大利绘画巨匠达・芬奇学过画技的哥白尼,实际上就是采用了更正错觉的艺术手法解决了科学上的大问题。

错觉造成假象,假象造成欺骗,所以,我们要具备大胆怀疑、精心批判,然后再进行假设的科学精神。诸多有代表性的绘画作品,给读者以感性认识。了解错觉的产生,是为了更客观地看待自然世界,以取得科学上的真正进步。