|
|
宇宙浩瀚无边，神秘而迷人。当天文学家考虑宇宙是由什么组成时，他们最直观方式是指向它所包含的数十亿个星系，它们中的每一颗都有数百万、数十亿甚至万亿颗恒星。许多恒星都有行星，还有云气和尘埃。
在星系之间，除了热气体云可能会存在于某些星系间，似乎没有其他什么“物质”，几乎是真空的。所有这些都是可以检测到的物质。那么，利用射电、红外和X射线天文学，以合理的准确度观察宇宙并估计宇宙中的发光物质的质量（我们能看到的物质）有多困难呢？
检测宇宙“物质”
现在天文学家们拥有了高度敏感的探测器，他们在搞清楚宇宙的质量以及构成宇宙质量方面取得了巨大的进步。但这不是问题所在，他们得到的答案没有意义。难道是他们计算质量的方法是错误，还是有别的东西没有包含在内，或者是存在他们检测不到的东西？为了理解这些困难，了解宇宙的质量以及天文学家如何测量它是很重要的。
测量宇宙质量
宇宙爆炸艺术渲染
宇宙质量的一个最大证据是宇宙微波背景(CMB)。它不是物理的"障碍"或类似的东西。相反,它是早期宇宙的一个条件,可以使用微波探测器进行测量。CMB可追溯到大爆炸后不久,实际上是宇宙的背景温度。把它想象成从四面八方都能探测到整个宇宙的热量。它并不完全像从太阳散发出的热量或从行星辐射的热量。相反，它是在2.7开尔文温度下（绝对温度）测量的非常低的温度。当天文学家去测量这个温度时，他们发现这个背景"热"很小，但重要的波动会蔓延开来。然而，它存在的事实意味着宇宙本质上是"平的"。这意味着宇宙会永远膨胀下去。
宇宙膨胀艺术渲染图
那么，这种平坦度对于计算宇宙质量意味着什么呢？从本质上讲，鉴于宇宙的测量大小，这意味着必须有足够的质量和能量存在宇宙里，换句话说，宇宙所拥有的物质足以使其膨胀速度减缓，但又不发生坍缩的现象。当天文学家把所有的"正常"物质(如恒星和星系，加上宇宙中的气体)加起来时，这只是平坦宇宙需要保持平坦的临界密度的5％左右。
这意味着95%的宇宙尚未被探测到。它在那里，但它是什么？在哪儿？科学家说它以暗物质和暗能量存在。
宇宙的构成
我们可以看到的质量称为“重子”物质。 它是行星，星系，气体云和星团。 无法看到的质量被称为暗物质。 还有能量（光）可以测量；有趣的是，还有所谓的“暗能量”，而且没有人对这是什么有很好的了解。
那么，什么构成宇宙，以什么样的百分比存在？以下是宇宙中当前质量比例的细目。
宇宙中的重元素
首先，宇宙中有重要因素。它们约占宇宙的0.03%，在宇宙诞生后的近5亿年里，唯一存在的元素是氢和氦，但它们占比并不重。然而，在恒星经历了诞生、成长和死亡之后，宇宙开始孕育出比氢和氦更重的元素，这些元素在恒星内部被“煮熟”。这发生在恒星在其核心融合氢（或其他元素）时。星死通过行星状星云或超新星爆炸将所有这些元素传播到太空。一旦它们散开到太空，它们是建造下一代恒星和行星的主要材料。然而，这是一个缓慢的过程。即使在宇宙诞生近140亿年后，宇宙质量中只有一小部分是由比氦重的元素组成的。
中微子
中微子也是宇宙的一部分，尽管大约只占宇宙的0.3%。这些在恒星核心的核聚变过程中产生，中微子几乎是无质量的粒子，以接近光速的速度传播。再加上它们缺乏电荷，它们的微小质量意味着，除了对原子核有直接影响外，它们不会轻易与质量相互作用。测量中微子并非易事。但是，它使科学家能够很好地估计我们的太阳和其他恒星的核聚变率，以及对宇宙中中微子总总数的估计。
星星
当观星者凝视着夜空时，所见到的最多的就是星星，它们约占宇宙的0.4%。然而，当人们看到来自其他星系的可见光时，他们所看到的大部分都是恒星。似乎很奇怪，它们只占宇宙的一小部分。
气体
那么，还有什么比星星和中微子更丰富的呢？事实证明，在4%的宇宙中，气体占了更大的部分。它们通常占据恒星之间的空间，因此，整个星系之间的空间。星际气体，主要是自由元素氢和氦，构成宇宙中大部分可以直接测量的质量。这些气体可使用无线电、红外和 X 射线波长敏感的仪器检测到。
暗物质
宇宙中第二丰富的"物质"是没有人见过的，然而，它约占宇宙的22%。科学家分析星系的运动(自转)以及星系团中星系的相互作用，发现所有存在的气体和尘埃都不足以解释星系的外观和运动。事实证明，这些星系中80%的质量必须是"黑暗的"。也就是说，它在任何波长的光线中都无法通过伽马射线检测到。 这就是为什么这个“东西”被称为“暗物质”。这个神秘物质的身份？未知。最好的候选物是冷暗物质，它被推测为类似于中微子的粒子，但质量要大得多。据认为，这些粒子，通常被称为弱相互作用的巨粒子(WIMPs)产生于早期星系形成的热相互作用。然而，到目前为止，我们还没有能够直接或间接地探测暗物质，或在实验室中制造暗物质。
暗能量
宇宙中最丰富的质量不是暗物质、恒星、星系、气体和尘埃云。它被称为"暗能量"，它占宇宙的73%。 事实上，暗能量甚至都不大，这使得它对“质量”的分类有些混乱。那么，它是什么？ 可能它是时空本身的一个非常奇怪的属性，或者甚至可能是一些渗透整个宇宙的无法解释的（迄今为止）能量场，或者它都不是那些东西。没人知道，只有时间和更多的数据才能说明问题。
本文版权归原作者今日头条所有，如有侵权请联系管理员删除，原文地址：https://www.toutiao.com/a6719342152779825676/ |
|
|服务条款|版权问题|手机版|小黑屋|手机版|滇ICP备13004447号-1|滇公网安备53032802000133号|神秘网
雷达卡
发表于 2019-8-9 09:50:35
