第九章进化《》暗物质军团

我来讲解一下暗物质。

暗物质（Darkmatter）是理论上提出的可能存在于宇宙中的一种不可见的物质，它可能是宇宙物质的主要组成部分，但又不属于构成可见天体的任何一种已知的物质。大量天文学观测中发现的疑似违反牛顿万有引力的现象可以在假设暗物质存在的前提下得到很好的解释。现代天文学通过天体的运动、牛顿万有引力的现象、引力透镜效应、宇宙的大尺度结构的形成、微波背景辐射等观测结果表明暗物质可能大量存在于星系、星团及宇宙中，其质量远大于宇宙中全部可见天体的质量总和。结合宇宙中微波背景辐射各向异性观测和标准宇宙学模型（ΛCDM模型）可确定宇宙中暗物质占全部物质总质量的85%、占宇宙总质能的26.8%。

一种被广泛接受的理论认为，组成暗物质的是“弱相互作用有质量粒子”（weaklyinteractingmassiveparticle,WIMP），其质量和相互作用强度在电弱标度附近，在宇宙膨胀过程中通过热退耦合过程获得观测到的剩余丰度。此外，也有假说认为暗物质是由其他类型的粒子组成的，例如轴子（axion），惰性中微子（sterileneutrino）等。

中文名

暗物质

外文名

Darkmatter

别称

不可见物质

发现者

弗里兹·扎维奇

质量

宇宙的85%~90%

历史研究

最早提出“暗物质”可能存在的是天文学家卡普坦（JacobusKapteyn），他于1922年提出可以通过星体系统的运动间接推断出星体周围可能存在的不可见物质[1]。1932年，天文学家奥尔特（JanOort）对太阳系附近星体运动进行了暗物质研究。然而未能得出暗物质存在的确凿结论。[2]1933年，天体物理学家兹威基（FritzZwicky）利用光谱红移测量了后发座星系团中各个星系相对于星系团的运动速度。[3]利用位力定理，他发现星系团中星系的速度弥散度太高，仅靠星系团中可见星系的质量产生的引力是无法将其束缚在星系团内的，因此星系团中应该存在大量的暗物质，其质量为可见星系的至少百倍以上。史密斯（S.Smith）在1936年对室女座星系团的观测也支持这一结论。[4]不过这一概念突破性的结论在当时未能引起学术界的重视。1939年，天文学家巴布科克（HoraceW.Babcock）通过研究仙女座大星云的光谱研究，[5]显示星系外围的区域中星体的旋转运动速度远比通过开普勒定律预期的要大，对应于较大的质光比。这暗示着该星系中可能存在大量的暗物质。1940年奥尔特对星系NGC3115外围区域星体运动速度的研究，指出其总质光比可达约250[6]。1959年凯恩（F.D.Kahn）和沃特（L.Woltjer）研究了彼此吸引的仙女座大星云和银河系之间的相对运动[7]，通过相互它们靠近的速度和彼此间的距离，推论出我们人类所处的本星系团中的暗物质比可见物质的质量约大十倍。暗物质存在的一个重要证据来自1970年鲁宾（VeraRubin）和福特（KentFord）对仙女座大星云中星体旋转速度的研究[8]。利用高精度的光谱测量技术，他们可以探测到远离星系核区域的外围星体绕星系旋转速度和距离的关系。按照牛顿万有引力定律，如果星系的质量主要集中在星系核区的可见星体上，星系外围的星体的速度将随着距离而减小。但观测结果表明在相当大的范围内星系外围的星体的速度是恒定的。这意味着星系中可能有大量的不可见物质并不仅仅分布在星系核心区，且其质量远大于发光星体的质量总和。1973年罗伯兹（M.S.Roberts）和罗兹（A.H.Rots）运用21厘米特征谱线观测技术探测仙女座大星云外围气体的速度分布，也从另一角度证实了这一结论[9]。1980年代，出现了一大批支持暗物质存在的新观测数据，包括观测背景星系团时的引力透镜效应，星系和星团中炽热气体的温度分布，以及宇宙微波背景辐射的各向异性等。暗物质存在这一理论已逐渐被天文学和宇宙学界广泛认可。根据已有的观测数据综合分析，暗物质的主要成分不应该是已知的任何微观基本粒子。当今的粒子物理学正在通过各种手段努力探索暗物质粒子属性。

观测证据

尽管暗物质尚未被直接探测到，但已经有大量证据表明其大量存在于宇宙中，例如：

星系旋转曲线与弥散速度分布

星系旋转曲线描述了漩涡星系中可见天体的环绕速度和其距离星系中心距离的关系。根据对漩涡星系中可见天体质量分布的观测以及万有引力定律的计算，靠外围的天体绕星系中心旋转的运动速度应当比靠中心的天体更慢。然而对大量漩涡星系旋转曲线的测量表明，外围天体的运行速度与内部天体近乎相同，远高于预期。这暗示着这些星系中存在着质量巨大的不可见的物质。结合位力定理，可以通过星系中可见天体的弥散速度分布计算出星系中的物质分布。这种方法同样适用于测量椭圆星系和球状星团的物质分布。结果表明，除个别以外，大部分星系和星团的物质分布都与观测到的可见物质的分布不符，可见物质的质量仅占星系和星团总质量的较小部分。

星系团观测

星系团的质量分布主要可以通过三种不同的手段得出：（1）观测星系团中的星系的运动，通过引力理论计算得到。（2）观测星系团产生的X-射线。星系团中普遍存在能发射出X-射线的炽热气体，当气体在星系团引力场中达到流体力学平衡后，可通过其温度推测出星系团的质量分布。（3）引力透镜（gravitationallensing）效应。根据广义相对论，来自星系团背后的光线经过大质量星系团时会发生弯折，这与光学中的透镜类似。可一根据背景光线的弯折程度，推算出星系团中物质的分布。这三种方法互不影响，相互佐证，使得星系团观测成为研究暗物质的重要手段。这些观测一致表明星系团中物质的总质量远超出其中可见物质的总质量。

宇宙微波背景辐射

在宇宙尺度上，通过对宇宙中微波背景辐射（cosmicmicrowavebackgroundradiation）各向异性的精细观测，可以确定出宇宙中暗物质的总量。观测表明宇宙总能量的26.8%由暗物质贡献，构成天体和星际气体的常规物质只占4.9%，其余68.3%为推动宇宙加速膨胀的暗能量。[10]

宇宙大尺度结构的形成

大型计算机对宇宙演化的N－体引力模拟显示[11][12][13]，无碰撞的低速暗物质粒子在引力作用下逐步聚集成团，这一过程能形成我们今天看到的大尺度结构。这些结构的暗物质分布具备普适的质量分布。低速运动的暗物质有利于大尺度结构的形成。而高速运动的粒子趋向于抹平结构。因此不支持中微子作为主要的暗物质粒子候选者。

已知属性

暗物质的存在已经得到了广泛的认同,然而对暗物质属性了解很少。已知的暗物质属性仅仅包括有限的几个方面：

（1）暗物质参与引力相互作用，所以应该是有质量的，但单个暗物质粒子的质量大小还不能确定。

（2）暗物质应是高度稳定的，由于在宇宙结构形成的不同阶段都存在暗物质的证据，暗物质应该在宇宙年龄（百亿年）时间尺度上是稳定的。

（3）暗物质基本不参与电磁相互作用，暗物质与光子的相互作用必须非常弱，以至于暗物质基本不发光；暗物质也基本不参与强相互作用，否则原初核合成的过程将会受到扰动，轻元素丰度将发生改变，将导致与当前的观测结果不一致。

（4）通过计算机模拟宇宙大尺度结构形成得知，暗物质的运动速度应该是远低于光速，即“冷暗物质”，否则我们的宇宙无法在引力作用下形成观测到的大尺度结构。

综合这些基本属性。可以得出结论暗物质粒子不属于我们已知的任何一种基本粒子。这对当前极为成功的粒子物理标准模型构成挑战。

暗物质候选者

弱相互作用有质量粒子（WIMP）是被最广泛讨论的暗物质候选者之一，它是指质量和相互作用强度在电弱标度附近的某种稳定粒子，通过热退耦机制获得已知的剩余丰度。WIMP应该基本是电中性和色中性的，因此不直接参与电磁和强相互作用。中微子也不参与强相互作用和电磁相互作用，但由于其在宇宙中以接近光速运动，属于“热暗物质”，不足以作为构成暗物质的主要成分。人类已知的粒子物理标准模型中，不存在同时满足这些性质的粒子，这意味着WIMP必须是超出标准模型的新物理粒子。已有理论预言的WIMP包括：超对称模型中最轻的超对称伴侣粒子[14]，如超中性子（neutralino）；额外维理论中的最小Kaluza-Klein激发态粒子；LittleHiggs模型中的T-odd粒子。

另一个暗物质候选者是轴子（axion），一种非常轻的中性粒子，它与强相互作用中电荷共轭-宇称反演联合对称性破缺相联系。轴子间通过极微小的力相互作用，由此它无法与背景辐射处于热平衡状态，因此不会通过热退耦获得剩余丰度，但可以通过真空态的破缺成为冷暗物质。

虽然人们已经对暗物质作了许多天文观测，其组成成分至今仍未能全然了解。早期暗物质的理论重在一些隐藏起来的常规物质星体，例如：黑洞、中子星、衰老的白矮星、褐矮星等。这些星体一般归类为大质量致密天体（MAssiveCompactHaloObjects，MACHOs），然而多年来的天文观测无法找到足够量的MACHOs。一般认为，难以探测的重子物质（如MACHOs以及一些气体）确实贡献了部分的暗物质效应，但证据指出这类的物质只占了其中一小部分[15][16]。而其余的部分称作“非重子暗物质”。此外，星系转速曲线、引力透镜、宇宙结构形成、重子在星系团中的比例以及星系团丰度（结合独立得到的重子密度证据）等观测数据也指出宇宙中85%-90%的质量不参与电磁作用。这类“非重子暗物质”一般猜测是由一种或多种不同于常规物质（电子、质子、中子、中微子等）的基本粒子所构成。

由于尚未出现暗物质存在的直接探测证据，也有一些理论试图在不引入暗物质的情况下解释已有的天文观测现象。典型的一类理论是修正的牛顿引力理论（ModifiedNewtonianDynamics,MOND），这类理论主张牛顿或爱因斯坦的引力理论并不完备，引力在不同的尺度会有不一样的行为。然而，暗物质存在的证据来自许多互不相关的观测现象，要仅仅通过引力理论而不引入暗物质来同时解释所有的这些现象是非常有挑战性的。尤其是“子弹星团”事例中观测到的正在碰撞的星团中可见物质和其质量中心的明显分离，是支持暗物质存在而非引力理论需要修改的观测证据。

探测手段

即使暗物质粒子与常规物质仅有微弱的相互作用，暗物质粒子也有可能被精密的实验仪器探测到。科学家采用的探测手段可以分为三类：一是探测暗物质粒子直接与探测器中的物质发生相互作用，称为“直接探测”；二是寻找宇宙中暗物质自身衰变或湮灭产生普通物质的信号，称为“间接探测”，三是探寻粒子对撞机中人为产生的暗物质粒子，称为“加速器探测”。

（1）直接探测。如果暗物质是由微观粒子构成的，那么每时每刻都应该有大量的暗物质粒子穿过地球。如果其中一个粒子撞击了探测器物质中的原子核，那么探测器就能检测到原子核能量的变化并通过分析撞击的性质了解暗物质属性。然而，对于弱相互作用有质量粒子（WIMPs）来说，由于它们与普通物质之间的相互作用极其微弱，被探测器捕捉到的概率也十分微弱。为了最大限度地屏蔽其他种类宇宙射线的干扰，暗物质直接探测实验往往在地下深处进行。全世界有数十个暗物质地下探测实验在进行中。尚未有直接探测试验发现暗物质粒子存在的确凿证据。这些实验的结果有力地限制了暗物质粒子的质量和相互作用强度。

（2）间接探测。既然在银河系中存在着大量的暗物质粒子，那么应该可以探测到它们湮灭或衰变所产生的常规基本粒子，间接探测就是在天文观测中寻找这种湮灭或衰变信号，包括宇宙线中的高能的伽马射线、正负电子、正反质子、中子、中微子以及各种宇宙线核子。采取间接探测手段的实验可以是利用卫星或空间站搭载的空间探测器直接收集宇宙线粒子，或者是在地面观测高能宇宙线粒子进入地球大气时产生的簇射或切伦科夫光效应。通过分析宇宙线中各种粒子的数量和能谱，可以提取出宇宙中暗物质衰变或湮灭的信息。暗物质间接探测的难度在于宇宙中有众多并非由暗物质产生的高能射线源，并且宇宙线从产生到抵达地球附近要经历一个复杂的传播过程。当前对宇宙线的产生与传播过程的理解尚不全面，这给在宇宙线中寻找暗物质信号带来了挑战。全世界有多家暗物质空间探测实验在进行中。

（3）对撞机探测。另一种寻找暗物质的方法是在实验室产生暗物质粒子。在高能粒子对撞实验中，可能会有尚未被发现的粒子包括暗物质粒子被产生出来。如果对撞产生了暗物质粒子，由于其难以被探测器直接检测到，会导致被探测器检测到的对撞产物粒子的总能量和动量出现丢失的现象。这是产生了不可见粒子的一个特征。再结合直接或间接的探测手段，可以帮助确定对撞机中产生的粒子是否为暗物质粒子。

――――――

一、IC1101IC1101是已知宇宙中最大的星系，位于距离地球大约10.45亿光年的阿贝尔2029星系群的中心星系，其半径约为200万光年(包含晕)，相当于银河系直径的20多倍，是已知最大的星系。IC1101是位于室女座的一个星系。它的赤经为15h10m56.20s,赤纬为+5°44′41.00″，大小0.011′。IC1101是位于阿贝尔2029星系团中心最亮的星系，被分类为超巨大椭圆星系到透镜状星系，位于室女座，距离地球10.45亿光年。IC1101是已知最大的星系之一，它的体积非常巨大，足以容纳数千个银河系。以前的资料显示该星系半径为210±10万光年，但是如何定义这种星系的大小，在天文学的文献中仍有争议。二、三角座星系三角座星系，是位于北天三角座内的一个螺旋星系，有众多变星，在本星系群中是第三大的星系，比邻近的仙女座星系和银河系略小一些，并可能受到仙女座星系的引力约束，但在宇宙中仍可算是一个大的螺旋星系。在良好的观测环境下，三角座星系能以肉眼直接看见。三角座星系相对于天空平面略微倾斜，所以其旋臂、气体云、明亮的恒星都能很好的呈现在面前。M33位置靠近仙女座星系，在这两个星系的观星人，彼此都可以看见天空上有个非常壮观的螺旋星系。从地球看出去，这幅由27张照片拼凑出来的极清晰M33马赛克影像，美妙地呈现出星系松散漩涡臂上的蓝色星团和粉红色恒星形成区。其中洞穴状的NGC604，是从星系中心向右上方伸展之漩涡臂上最明亮的恒星形成区。像M31一样，M33有着众多已经经过精确量测的变星，让这个邻近的螺旋星系成为一个测定宇宙距离尺度的宇宙量天尺。三、银河系银河系是包含我们太阳系的星系，它的英文名称"乳白"是源自它是横跨夜空的黯淡发光带，以裸眼观看无法分辨出个别的恒星。"MilkyWay"这个名称是翻译自拉丁文的vialactea，而它又是从希腊的γαλαξίαςκύκλος(galaxíaskýklos，"milkycircle")翻译来的。从地球看，因为是在银河盘面结构的内部，因此呈现环绕天空的环带。伽利略在1610年使用望远镜首先解析出环带是由一颗颗恒星聚集而成;直到1920年初期，天文学家还认为银河包含了宇宙中全部的恒星。随着1920年天文学家沙普利和柯蒂斯的大辩论，和经由爱德温·哈伯的观测，显示银河只是众多星系中的一个-现在估计在可观测宇宙有多达2,000亿个星系。银河系是一个棒旋星系，它的直径通常被认为是100,000至120,000光年，但也可能是150,000至180,000光年。估计银河拥有1,000亿至4,000亿颗恒星，甚至可能高达1兆;而且银河系可能有1,000亿颗行星[34][35]。太阳系位于银盘内，距离银河中心27,000光年处的一条气体浓密，被称为猎户臂的螺旋臂内侧边缘。在内侧10,000光年范围内的恒星形成突起的核球和一条或多条短棒从核球延伸。非常靠近中心点的一个强烈辐射源，被命名为人马座A*，可能是个黑洞。在很大距离范围内的恒星和气体大约都以每秒220公里的速度在轨道上绕着银河中心。这种恒定的转速与开普勒动力学相抵触，因此推测银河系中有很大量的质量来自不发射也不吸收电磁辐射的物质。

说完Gaster召唤出一个巨型龙骨炮。

温馨提示Gaster的巨型龙骨炮一炮可以毁一个星系。。。。(妈耶，太强了)

杉斯把能量核心聚集到自己的手腕上，摸向巨型龙骨炮。。。

突然杉斯被龙骨炮给吸收掉了。

突然凋零风暴最终形态来了。

him和Nottch

把各自的创始之力注射到这些铁的上方。

两人也被这些铁给吸收掉。

巨型龙骨的内部。

*你还看向四周，你发现你在白茫茫的一片虚空。

丁~挑战开始。

杉斯的身体，开始慢慢的变化。他可以随意的切换人格，只是他不知道。

Delta飞向Gaster，重重的打击了一拳

爆炸声~~(自己想象)

Gaster稳稳的挡住了这一拳。

阿尔法召唤出18个夜神龙骨炮，同时射向Gaster

Gaster将这些射发出来的能量激光给吞噬掉。

其实Gaster也受到了伤害。

不同灵魂的龙骨炮。不停的射击Gaster

Gaster的脸上出现了裂痕。

周围出现四张大手。

打向心灵结晶。

爆炸声(自己想象)起了一阵烟雾。

Utra双手变成龙骨炮打向Gaster

Gaster被炼铁缠绕着。

Gaster被一条条蓝线操控着。

(碰∽∽∽)声音十分的大，在另一边的宇宙都可以听得到。

两个巨型龙骨发射出的激光能量打在一起。

两个龙骨炮是一样的。

Gaster被打成重伤。

杉斯被传送到众人眼前。

把手放在巨型龙骨炮。巨型龙骨炮有所反应了。眼睛渐渐的恢复成了暗红色和浅蓝色。

him和Notch也来到众人的身边

所有人顿时不说话

Gaster眼角流下了一滴眼泪。

很小，几乎没人看见。

过了一个月，舞者和其他人会见。

最后末地一族，也成功了，进化。。。。。。。。。。

我还统计一下字数

87855