毕业论文论文范文课程设计实践报告法律论文英语论文教学论文医学论文农学论文艺术论文行政论文管理论文计算机安全
您现在的位置: 毕业论文 >> 报告 >> 正文

暗能量的国内外研究现状及进展

更新时间:2016-9-20:  来源:毕业论文
暗能量的国内外研究现状及进展 暗能量的发现过程极具戏剧性。按照大爆炸理论,在大爆炸发生后,随着时间的推移,宇宙膨胀速度会因为物质间的引力作用逐渐变慢,也就是说,距地球相对较远的星系,其膨胀加速度应该比那些较近的星系慢。
但是,最新的观测研究发现,在浩瀚的宇宙中,距离银河系很远的那些遥远星系,正在远离我们,且速度越来越快。也就是说,宇宙正在加速膨胀,而并非像科学家之前所预测的宇宙在做减速膨胀运动。这是一个看似荒谬的观测结果,从根本上动摇了我们对宇宙的传统理解。那么究竟是什么样力量,在推动着所有的星系或其他物质加速膨胀呢?科学家们把这种与引力相反且表现为“斥力”的神秘力量,称为“暗能量”。但“暗能量”究竟是什么?
现在我们能够推断的,仅仅只是一个粗略的宇宙结构“金字塔图形”:我们认识的世界,即由原子构成的花花草草、山河星月,只占宇宙成分的4%,相当于塔顶的那一块。处于金字塔顶端下的22%,则是暗物质。这种物质由未知的粒子构成,它们不参与电磁作用,无法用肉眼观测。但它与普通物质相同,都参与了引力作用,因此有可能被探测到。位于塔基的74%,则是神秘的暗能量。它无处不在,无时不在,由于我们对其所具有性质还不清楚,所以科学家还无法在实验室中证明其存在。唯一的办法,仍然是通过天文观测的方式去分析了解其奥秘。本文来自六*维^论'文/网,毕业论文 www.lwfree.cn
对Ia类型超新星(supernova)的爆发进行观测,是目前主要的观测方式。由于超新星的亮度几乎是恒定的。这样,通过测量它的亮度,便可知它与地球间的距离,从而知道其速度。借助灵敏的哈勃天文望远镜的帮助,我们至少可以观测到100亿光年以外的天体,即了解宇宙在100亿年前的信息,从而了解暗能量在何时,以及如何推动宇宙做加速膨胀运动的。霍普金斯大学教授阿德姆瑞斯分析认为:在大爆炸开始后的初期,宇宙经历了一个急速膨胀过程。此后,由于物质间的距离很近,在引力的作用下,宇宙是以减速方式膨胀。然而,至少在100亿年前,宇宙中另一种神秘力量——表现为“排斥力”的暗能量开始出现,并且开始逐渐的抵消引力作用。随着宇宙的不断膨胀,暗能量最终在大约50亿到60亿年前超过引力,占据主导作用。此后,宇宙开始从减速膨胀状态,转变成加速膨胀,并且持续到现在。
宇宙的不断加速最终的结局会是怎么样?这正是目前全世界所有的科学家最为关心的一个问题。这也促使了全世界科学家空前的大合作,在探究暗能量以及暗物质方面各抒己见。同时借助一些实验物理学家的帮助寻求能够提出一个更加完善、和谐的理论,用以解释目前物理界碰到的新的问题。
科学家普遍认为我们存在的这个宇宙是平坦而且均匀的,各向同性的。这是建立在广义相对论基础上的原理。最新的科学研究认为,暗能量是一种恒力,它均匀的影响着宇宙的膨胀,同时这一理论对宇宙最终走向分离进行了驳斥,这一理论对于广义相对论而言同样是一个挑战,因为这一理论认为在超距范围中暗能量表现为明显的排斥力。
暗能量究竟是以什么样的方式与物质相互作用,在这方面的研究中,我们一般认为暗能量不与我们所熟知的重子(即由原子构成的物质)发生相互作用,而是与宇宙中的暗物质发生相互作用。在宇宙观测过程中认为,暗能量的能量密度完全由宇宙尺度大小决定。距离近的两个物体力程短,暗能量密度低,这样就导致在地球到太阳的这个宇宙尺度范围内无法对暗能量进行观测。在近期的研究中提出了一个很有趣的模型即(phantom模型),这个模型认为,如果没有物质的相互作用,那么能量密度会随着时间的推移而不断增加,当存在相互作用之后,暗能量有可能会变成暗物质,以达到某一种平衡。这样的理论解释有效的回避了宇宙大撕裂假说。我国科学家在此基础上提出了全息模型。但是,新的观测数据并不支持这一个理论。
对于暗能量研究还在不断的进行,但是就暗能量的基本属性、本质及其物理意义,都只是存在于理论中。暗能量的混沌状态导致科学家提出的模型错综复杂。其中,提出的模型有动力学标量场(scalarfield)模型、幽灵模型、精灵模型、宇宙学常数模型、全息模型等。目前,占主导地位的是宇宙学常数模型、全息模型。
(1)宇宙学常数模型
最初爱因斯坦的观点认为,宇宙应该是处于静止状态,而为了克服物质间的引力则必须引入一个表现为排斥力的“宇宙常数”,用以维持这种平衡。最新的研究发现宇宙正在以加速的方式膨胀。那么,爱因斯坦的宇宙静态模型必然被推翻,但其引入的“宇宙常数”却能够给予加速膨胀合理的解释。
在我们已知的爱因斯坦引力方程下加入一个-1(宇宙学常数),这样的假设能够很好的与实验观测结合。那么,这样的假设到底是偶然性的还是必然性的呢。这需要提出一个更为自洽的方式去进行验证,我们已经知道广义相对论是解释宇宙间的物体引力最好的理论。那么,对广义相对论进行适当的修正之后是否会得到-1这个宇宙常数的结论,这是目前科学家十分关心的问题,在我国科学家张新民、冯波的努力下合理的证明了爱因斯坦引力方程式引入的一个具有-1的宇宙学常数是完全正确的。现在的普遍观点认为暗能量就是宇宙常数[4]。
如果暗能量就是宇宙常数。那么,其力量的大小将完全由宇宙空间尺度决定,即随着宇宙的膨胀,宇宙的体积将不断增大。因此,暗能量的能量密度也会随着宇宙体积的膨胀而不断增加。最终,暗能量密度达到某一个临界值,使宇宙从最初的减速膨胀转变成加速膨胀过程,并一直持续下去。宇宙常数模型与今天的观测数据符合得较好。但是,宇宙常数理论要想成为一个确定性的具有现实意义的理论还相差很远,这需要更多更加精确的实验去验证,大量的研究都只局限在对宇宙微波背景辐射,以及超新星红移的研究上,按量子场论计算得到的宇宙常数比天文学观测中得到的至少要高出10的120次方倍。这显然与理论不符。一个最为诡异的但是不乏科学依据的理论认为我们身处的宇宙是一个“多维宇宙”,此观点认为我们身处的宇宙之外还有无数多个宇宙同时存在。而每一个宇宙都具有一个独立的宇宙常数。但是,这种理论看起来更像是一种纯粹的宗教信仰,而非科学理论。为了避免这样的冲突科学家不断的寻找更加合适的模型去进行代替,这其中就包括中国科技大学物理教授李淼提出的“全息模型”。
(2)全息模型
推广全息暗能量模型的最直接的一种方式就是考虑暗能量和物质之间的相互作用圈。一般来说,考虑相互作用暗能量的动机之一就是希望解决“巧合性问题”。所谓的巧合性问题即暗能量不与我们认为的原子物质发生作用而与暗能量发生作用。然而,目前各种观测数据的拟合结果显示,即使存在暗能量和物质的相互作用,它也是非常弱的,当然对于相互作用的全息暗能量也不例外。此外,将全息暗能量推广到Brans–Dicke标量–张量理论,该理论曾一度是爱因斯坦引力理论的有力竞争者。近年来,由于各种标量张量理论可以自然地作为弦论的低能有效理论出现,从而再次引起了人们的兴趣。结果显示,在Brans–Dicke理论框架内,选取事件视界为红移截断,可以得到自洽的全息暗能量模型。在全息能量模型中可以解决巧合性问题,但是它也存在一些问题,首先,它不能避免大撕裂;另外,在理论上,它的事件视界是整个时空的整体概念,事件视界的存在与否依赖于宇宙的演化情况,事件视界只在加速膨胀的宇宙中存在,而未来的宇宙是否一直保持加速膨胀还是个未知数[5]。
随着对于暗能量研究的不断深入,国内外的科学家们提出的模型也越趋成熟。但是,对于一个确定的模型结构,还未得到一个完全让人信服的实验数据给予支持。这必然会导致暗能量的研究走向多极化。而对于暗能量是否存在已经不再是科学家争论的问题,因为对于超新星爆发进行过研究的科学家都相信暗能量的确存在。但是,暗能量的物理本质是什么?暗能量的能量密度是不变的,还是随着时间的演化而不断增大的?由于目前的科技水平还无法对于暗能量进行直接的观察,这就导致我们对于暗能量还一无所知。因此,借助理论模型进行指导研究就有了实在的价值。在对爱因斯坦的广义相对论的研究过程中发现,宇宙应该是一个趋于稳定的结构。故而提出了标准宇宙学模型,而随着研究的深入标准宇宙学模型不再准确,科学家对此做出了修改,修改后的模型叫做“引力场模型”目的是为了解决宇宙的加速膨胀所带来的问题。
暗能量的国内外研究现状及进展下载如图片无法显示或论文不完整,请联系qq752018766
设为首页 | 联系站长 | 友情链接 | 网站地图 |

copyright©lwfree.cn 六维论文网 严禁转载
如果本毕业论文网损害了您的利益或者侵犯了您的权利,请及时联系,我们一定会及时改正。