1、暗物质与暗能量微观世界的粒子物理与宇观世界的宇宙学结合的研究新特点世纪谜题 21世纪初科学最大的谜是暗物质和暗能量。它们的存在，向全世界年轻的科学家提出了挑战。暗物质存在于人类已知的物质之外，人们目前知道它的存在，但不知道它是什么，它的构成也和人类已知的物质不同。暗能量可以使物质的质量全部消失，完全转化为能量。以人类已知的核反应为例，反应前后的物质有少量的质量差，这个差异转化成了巨大的能量。已知的宇宙 宇宙中普通物质占4%（如树木、桌子，由分 子、原子构成）23%为暗物质 73%是暗能量。暗物质 暗物质：暗物质是指那些自身不发射电磁辐射，也不与电磁波相互作用的一种物质。人们目前只能通过引力产生
2、的效应得知宇宙中有大量暗物质的存在。已经知道的两种暗物质-黑洞、中微子 但是它们对暗物质总量的贡献是非常微小的，暗物质中的绝大部分现在还不清楚。宇宙中的无底洞黑洞 黑洞是一种密度极大、引力极强的天体，就连光也不能逃脱。所以我们无法直接观测到黑洞。然而，可以通过测量它对周围天体的作用和影响来间接观测或推测到它的存在。部分双星系统中存在黑洞产生过程黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程。当一颗恒星衰老时，它的热核反应已经耗尽了中心的燃料，由中心产生的能量不足以承担起外壳巨大的重量。在外壳的重压之下，核心开始坍缩，物质将不可阻挡地向着中心点进军，直到最后形成体积无限小、密度无限大的星体。热核反应：氢氦
3、锂铍硼黑洞形成与中子星的区别在黑洞情况下，由于恒星核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去，中子本身在挤压引力自身的吸引下被碾为粉末，剩下来的是一个密度高到难以想象的物质。由于高质量而产生的力量，使得任何靠近黑洞的物体都会被它吸进去。黑洞开始吞噬恒星的外壳，但黑洞并不能吞噬如此多的物质，黑洞会释放一部分物质，射出两道纯能量伽马射线。黑洞的蒸发黑洞也有灭亡的那天，按照霍金的理论，在量子物理中，有一种名为“隧道效应”的现象，即在量子力学有透过势垒的波函数，这表明在势垒的另一边，粒子具有一定的概率，粒子贯穿势垒。对于黑洞的边界就相当于一堵能量相当高的势垒，但粒子仍有可能出去。黑洞不断地吞噬物质微观世
4、界里的鬼粒子 中微子中微子 中微子是一种基本粒子，不带电，质量极小，几乎不与其他物质作用，在自然界广泛存在。核反应堆发电（核裂变）、太阳发光（核聚变）、天然放射性（贝塔衰变）、超新星爆发、宇宙射线等等都有中微子产生。太阳内部核反应产生大量中微子，每秒钟通过我们眼睛的中微子数以十亿计。发现过程-能量亏损与能量守恒？中子在衰变成质子和电子即衰变时，能量会出现亏损，电子只带走了它应该带走的能量的一部分，还有一部分能量失踪了！物理学上著名的哥本哈根学派鼻祖尼尔斯玻尔据此认为，衰变过程中能量守恒定律失效。泡利预言 1931年春，国际核物理会议在罗马召开，泡利在会上提出，能量亏损的原因是因为中子作为一种大
5、质量的中性粒子在衰变过程中变成了质子、电子和一种质量小的中性粒子，正是这种小质量粒子将能量带走了。衰变过程中能量守恒定律仍然是正确的。泡利预言的这个窃走能量的“小偷”就是中微子。中微子的证实 由于中微子只参与非常微弱的弱相互作用，在100亿个中微子中只有一个会与物质发生反应，因此中微子的检测非常困难。从1931年提出直到1956年，这项试验才由美国物理学家弗雷德里克莱因斯完成，从而证实了中微子的存在。为此，他获得了2019年诺贝尔物理学奖。挑战经典超越光速之谜2019年9月意大利格兰萨索国家实验室的科研人员在一个名为OPERA的实验项目中，接收到了来自距离730公里外的欧洲核子研究中心的中微子
6、，并意外测得它竟然“跑”得比光快了60纳秒。在许多物理学家的质疑中，11月17日，该研究团队再次发布报告称，已通过二次检验，获得了与第一次实验相同的结果，且以此排除了实验过程存在错误的可能性。2019/11/2 文汇报以整个版面报道了超光速震撼 相对论是现代物理学基础理论之一，认为任何物质在真空中的速度无法超过光速。2019年3月23日，据著名期刊美国科学杂志网站报道，中微子速度超光速结果终于有了解释：GPS信号接收器和PC之间的光缆没接好导致的系统误差造成了这一假象。实验人员使用ICARUS接收器重新测量来自GERN的中微子的速度，发现中微子速度刚好是光速，并没有出现超光速效应。中微子的应用
7、 具有最强的穿透力，能穿越地球直径那么厚的物质。其中可能的应用之一就是中微子通讯。由于地球球面，加上表面建筑物、地形的遮挡，电磁波长距离传送要通过通讯卫星和地面站。而中微子可以直透地球，它在穿过地球时损耗很小，用高能加速器产生10亿电子伏特的中微子穿过地球时只衰减千分之一。从南美洲可以使用中微子束穿过地球直接传至北京。将中微子束加以调制，就可以使其包含有用信息，在地球上任意两点进行通讯联系，无需昂贵而复杂的卫星或微波站。暗能量现代物理晴空中的一整块乌云 在物理宇宙学中，暗能量是一种充溢空间的、增加宇宙膨胀速度的难以察觉的能量形式。暗能量假说是当今对宇宙加速膨胀的观测结果的解释中最为流行的一种。
8、存在证据 支持暗能量的主要证据有两个：一是对遥远的超新星所进行的大量观测表明，宇宙在加速膨胀，星系膨胀的速度不象哈勃定律描述的那样，是恒定的，而是在不断加速。加速膨胀的现象推论出宇宙中存在着压强为负的暗能量。另一个证据来自于近年对微波背景辐射的研究精确地测量出宇宙中物质的总密度。普通物质与暗物质加起来大约只占其1/3左右，所以仍有约2/3的短缺。这一短缺的物质称为暗能量。暗能量在宇宙中占总物质的73。物理天空的乌云 目前对于暗能量仍然知之甚少在大爆炸后的初期，宇宙经历了一个急速膨胀阶段。此后在引力作用下，宇宙的膨胀速度开始减速。至少在90亿年前，宇宙中另外一种力量表现为排斥力的发生的量的暗能量
9、已经出现，并且开始逐步抵消引力作用。随着宇宙的膨胀，不断增长的暗能量终于在大约50亿至60亿年前超越引力。此后，宇宙从减速膨胀，转变为加速膨胀状态，并且一直持续至今。借助哈勃这样灵敏的天文仪器的帮助，我们至少可以观测到90亿光年之外，即了解宇宙在90亿年前的信息。展示的“暗能量”场景如下：20世纪初物理晴空的乌云 正是这两朵不起眼的乌云，给整个物理世界带来了一场前所未有的电闪雷鸣，狂风暴雨，彻底摧毁原来的经典物理世界。更让人无法预见的是，正是这两朵乌云，会在烈火和暴雨中，给物理学带来伟大的新生，并重新建造起两幢更加壮观美丽的城堡。第一朵乌云即迈克尔逊莫雷实验。否定了以太的存在，最终导致了相对论
10、革命的爆发。“第二朵乌云”指的是黑体辐射实验和理论的不一致。最终导致了量子论革命的爆发。天文小知识流 星 雨流星雨(Meteor Shower)的产生一般认为是由于流星体与地球大气层相摩擦的结果，流星群往往是由彗星分裂的碎片产生，因此，流星群的轨道常常与彗星的轨道相关。成群的流星就形成了流星雨。流星雨看起来像是流星从夜空中的一点迸发并坠落下来。这一点或这一小块天区叫作流星雨的辐射点。通常以流星雨辐射点所在天区的星座给流星雨命名，以区别来自不同方向的流星雨。1.为什么流星会有尾巴?流星进入大气层后，由于地球引力的作用使得流星高速朝向地球坠落。在坠落的同时与大气层发生强烈的摩擦，造成了流星星体发热
11、甚至燃烧，由于速度快的原因，就使得燃烧的火焰或者烟尘、碎屑都向后延伸。这就造成了，我们看到坠落的流星都有一个长长的尾巴。2.狮子座流星雨一般出现在？（）A、1月-2月 B、4月-5月 C、8月-9月 D、11月-12月 D 谭普塔特尔彗星(Comet Temple-Tuttle)3.下列每年可观测的流星雨中与哈雷彗星有关的是（）。A、狮子座流星雨；B、猎户座流星雨；C、双子座流星雨；D、天琴座流星雨 B 4.太阳的结局将是：A、黑洞 B、中子星 C、白矮星 D、星际尘 C 5.所谓从“笔尖下发现的行星”指的是（）A、土星 B、天王星 C、海王星 D、冥王星 C星 座6.冬夜星空中最具代表性的星
12、座是A.大犬座，B.猎户座 C.双子座 D.金牛座 7.古诗十九首:迢迢牵牛星皎皎河汉女.请问织女星位于哪一个星座?A.仙女座 B.室女座 C.天琴座 D.英仙座8.北斗七星属于哪个星座？9.相信大家都听说过“五星连珠”的现象，那么它实际上指的是五颗大行星（）。(A)从地面上观测，它们彼此之间的最大角距不超过60度(B)同时出现在观测地点的地平线以上(C)从太阳系以外垂直于黄道面方向看，它们在黄道面上的投影近似在一条直线上(D)它们彼此之间的最大角距不超过60度 10.天文单位的定义是:（）A相对日地张角为一个角秒 B光线一年所传播的距离C地球到太阳的平均距离 D光线从太阳到地球的所需时间 仰望星空 仰宇宙之大，望星空深邃。仰望，给我们上进的理想，给我们追求的力量。宇宙的永恒，人身的渺小，从古至今给人们带来诸多生命的思考。仰望星空，方知生命的博大；仰望星空，奇妙的天文等你来探索。天文协会欢迎你！谢谢你的阅读v知识就是财富v丰富你的人生
