宇宙的成分

作者: Amanda

来源: 原理

发布日期: 2016-08-11

文章介绍了宇宙的成分,包括暗能量、暗物质和普通物质,并详细解释了科学家如何通过宇宙微波背景辐射和星系巡天等方法来确定这些成分的比例。

宇宙的成分:暗能量(DE),暗物质(DM),和普通物质(NM)。从过去几十年的天文观测得出,我们所能看到的普通物质,比如行星、恒星和气体等,只占了宇宙中总质量和能量的5%。暗物质占了25%,而暗能量则占了70%。科学家究竟是通过什么观测手法得出这些比例的?

宇宙大爆炸后,经历了一段暴涨时期。其中一个方法就是对宇宙微波背景辐射(CMB)的观测。CMB是指大爆炸遗留下来的辐射。

在大爆炸的380,000年后,宇宙的温度降到了3000开尔文(大约2700摄氏度)。在这个时候电子已经可以和质子结合产生氢原子,并且不会再分开。在缺少自由电子的情况下,光子可以不受阻碍的在宇宙中自由传播。宇宙经历了上百亿年的膨胀,这些光子的波长越来越长(大约为1毫米),因此温度也就逐渐降到了2.73开尔文(大约为零下270度)。

这些光子充满了今天的宇宙,也就是背景辐射,利用红外和射电望远镜就可以探测到它们的存在。从CMB中我们可以获取许多的信息。

另一个测量的方法则是星系巡天。星系会在宇宙中有很多暗物质的地方诞生,所以通过测量星系的分布我们就可以知道物质的分布。如果有许多的暗物质,那么星系就会在引力的作用下紧紧地束缚在一起。如果有更多的暗能量,那么星系之间的距离则会随着宇宙的膨胀越来越远。

通过不同观测手段的数据比较,科学家发现星系巡天和微波背景辐射观测得出的结果吻合的非常好。暗物质和暗能量在大尺度上非常均匀的分布在宇宙之中。我们之所以知道,是因为在大尺度上,微波背景辐射显得非常地均匀。但是在小尺度上就不一样了,暗物质在星系的尺度上具有成团的性质。我们需要有暗物质,星系才能够形成。暗能量则不同,我们目前所知道的是他们非常均匀的分布在时空之中。

但是如果我们想知道这些结论是否正确,我们就需要更精确的测量才行。

其中一个项目是“大口径综合巡天望远镜”(LSST)。LSST的目标是测量100亿个星系的性质以及它们如何分布在空间中。从中我们可以学习到暗物质的成团性质,以及暗能量是否均匀的分布。

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