中国暗物质与暗能量研究5～10年展望

暗物质和暗能量的研究是当前基础物理研究最前沿的方向之一,突破性的重要进展将极大促进我们对物质世界的微观结构以及宇宙演化的理解.国际上对暗物质及暗能量的研究都极为重视,美国和欧洲多国都为其进行了详细周密的规划,开展了一系列的相关项目投资.国内也将这方面的研究纳入了中长期规划,并认为其很可能在不久的将来实现革命性的突破.在过去的几年内,我国在暗物质直接探测方面实现了长足的进步,探测结果的灵敏度达到世界先进水平.在2015年7月的香山科学会议上,一批从事这方面科研以及一批感兴趣的科学家讨论了未来5~10年我国在暗物质暗能量研究方面可能的规划和布局,建议依托锦屏地下实验室进行更大规模的暗物质直接探测实验,并开展卫星暗物质间接探测实验,力争在暗物质研究方面达到世界领先水平.同时建议在西藏阿里地区进行宇宙微波背景辐射观测,并通过空间站和地面望远镜进行深空巡天观测,从而实现对暗能量的深入研究.     

逃逸宇宙

巨大的星系飞快地离我们而去宇宙正在逃逸经典理论在这里不再适用谁把时间和空间推向远处2003年7月,美国匹兹堡大学的瑞安·斯克兰顿博士领导的一个多国科学家小组宣布,他们发现了宇宙存在暗能量的证据。2005年2月,一个由英国、法国、意大利和澳大利亚等国科学家组成的研究小组宣布,他们在距离地球2000万光年的室女座发现了由暗物质组成的星系。宇宙学家认为,这个重要发现是宇宙学研究的一个重大突破。世界各大媒体都对此作了详尽报道。也许你们会问:暗能量是什么?暗物质是什么?欲知答案还得从超新星说起。     

挑战物理学的暗宇宙--现代宇宙学世纪回眸

继“宇宙加速膨胀”当选为美国《科学》周刊1998年最大爆炸性新闻之后，“暗宇宙”又摘取了该刊2003年十大科学成就的桂冠。为什么说宇宙是“黑暗的”?什么是暗物质和暗能量?它与人们熟知的灿烂星河有何关系?人们是怎么知道它们的存在的?要弄清这些问题，需回顾20世纪初以来近百年的现代宇宙学史。     

宇宙是由什么构成的?

通过星系、星系团,乃至宇宙整体的动力学行为,天文学家发现宇宙中绝大部分物质是不发光的,即暗的.其中暗物质占宇宙中总物质和能量的27%,暗能量占68%,而普通物质(即粒子物理标准模型粒子)只占5%.暗物质和暗能量是当代天文学和物理学的重大发现,是主要研究前沿.我们回顾暗物质和暗能量的发现历史、已知属性和待解决的问题.     

中微子及其猜想

中微子目前已被认为是暗物质中的一种,暗物质与暗能量被认为是宇宙研究中最具挑战性的课题,它们代表了宇宙中90%以上的物质含量,而我们可以看到的只占宇宙总物质量的10%不到。这是宇宙中一些不为人知的秘密……     

宇宙中的第一批恒星

一项新研究发现:宇宙中形成的第一批恒星不像当今的恒星这样发出光亮,它们可能是不可见的"暗恒星",暗物质粒子的互相残杀为之供应能量。研究人员称,那些恒星是极其庞大的。暗物质是不可见的,构成了宇宙中的大部分物质。科学家们认为,暗物质在早期宇宙的演化中起了一定的作用,但是并没有在第一批恒星的形成中起到促进作用。     

解读宇宙的起源——2006年诺贝尔物理学奖简介

2006年度诺贝尔物理奖授予了在宇宙学研究领域取得杰出成果的美国科学家约翰·马瑟和乔治·斯穆特。他们发现的宇宙微波背景辐射的黑体谱和各向异性强烈地支持了大爆炸宇宙学模型并开启了“精确宇宙学”时代的大门。COBE之后宇宙学研究取得了一系列重大的进展。近年WMAP、SDSS等天文观测更加坚实有力的支持了大爆炸宇宙学模型,并对物理学提出了一些重大的、尖锐的挑战,诸如什么是暗物质?暗能量的物理本质是什么?     

量子宇宙物理前沿——21世纪基础科学革命的突破口

正由引力效应发现的暗物质和暗能量以及与时空结构相关的引力本质和宇宙起源被认为是21世纪最重大的、悬而未决的物理问题,引力波的发现为理解这些科学难题打开了一扇新的窗口.2016年应邀在中国科学院学部年会上做"引力波和引力本质"的大会报告后,随即受到《科学通报》主编高福院士的邀请,期望从学科发展的整体考虑,由《科学通报》     

从夸克到宇宙

物理学家已经建立了一种描述我们周围普通物质特征的粒子和力的标准模型.同时,天体物理学和宇宙学空间观测已经揭示出,我们对宇宙的图像的认识是不完备的,宇宙大约96%的份额不是由普通物质构成的,而是由其他一些神秘的东西--暗物质和暗能量--构成的.我们已经认识到,实际上我们并不知道宇宙的大部分是由什么构成的.认识这种未知的"新"宇宙有赖于研究物质最基本单元及其性质的粒子物理学的突破性发现.     

宇宙大爆炸核合成

何以宇宙主要由看不见的暗物质组成而又被暗能量所推开?问题的线索在于大爆炸后瞬间普通物质的形成--最近几年来天文学家发现,我们熟悉的所有普通物质只是宇宙中的微量组分,而宇宙主要的组成是未知形式的"暗物质"和甚至更充裕、更神秘的"暗能量"。因此看来我们连这一宇宙混合物的主要组成都还不了解。 然而,普通物质却对研究宇宙其余的组成部分出奇地有用。去年美国航空航天局(NASA)的WMAP卫星已提供了宇宙中     

新的探索,新的创举

1998年6月3日北京时间清晨6时06分,人类向宇宙之谜又一次进行了新的探索——美国“发现者”号航天飞机携带着阿尔法磁谱仪从肯尼迪发射中心顺利升空.这次探测的主要任务有三:一是探测宇宙中的反物质,二是寻找宇宙空间中的暗物质,三是测量宇宙中各种同位素的丰度.在此,我们就什么是反物质、反什么是暗物     

揭秘暗物质

在宇宙学中,暗物质是指那些不发射任何光及电磁辐射的物质。据科学家推测,暗物质是从137亿年前宇宙大爆炸过程中形成的。我们目前所认知的部分大概只占宇宙总资源的4%,而暗物质占据宇宙的23%,还有73%是一种导致宇宙加速膨胀的暗能量。暗物质理论的提出及发展1933年,瑞士天文学家弗里茨·兹     

宇宙幽灵——暗能量

奇特的暗能量 或许很多人都知道暗能量,虽然它是20世纪末的产物,但它的神奇性足以比得上"外星人存在"这个话题,以至于许多科学爱好者都知道"暗能量"这个宇宙学概念.它虽然看不见摸不着,如同幽灵一般,但是通过天文学家的观测,我们会在理论研究中发现它们的存在. 在科学研究中,宇宙成分被分为3大块.我们平时所见到的物质,像气体、固体、液体等可以直接观察到的东西,其质量仅仅占整个宇宙的4％,暗能量占据74％,暗物质占据22％.目前,人类对暗物质、暗能量的研究还只是皮毛,原因在于暗物质存在于人类已知的物质之外,不与光子产生任何反应,更不与人类所已知的物质发生任何碰撞.     

暗信息

作者在讨论暗物质和暗能量的基础上提出了暗信息(Dark Information)假说.狭义的暗信息概念为:在宇宙中可能存在着与暗物质和暗能量相对应的暗信息.广义的暗信息(Id)概念为:Id=Itot-I,其中Itot是某系统中各种类潜在信息的非线性全集合,I是该系统内在某一条件下可提取到的信息.作者进一步讨论了复杂系统不可避免含有暗信息、暗信息是不确定性存在的必要条件等论点,并推测海森伯的测不准原理的基础是由于存在暗信息.作者还提出"生命离不开暗信息"的观点,认为Id/Itot可能成为衡量生命系统可变异性而I/Itot(1-Id/Itot)可能成为衡量生命系统有序性的新尺度.     

宇宙的黑暗面

<正>通过各种互补的宇宙学研究方法,暗物质和暗能量的存在终于被接受。随着希格斯玻色子的发现,有人可能会认为,我们终于对周围的物质世界有了一个完整的认识,而且解开了粒子物理学的所有奥秘。恰恰相反,事实远非如此。目前被称为"标准模型"的宇宙理论模型,仅仅只解释了宇宙总含量的5%。一些人可能听说过暗物质,即占了宇宙总物质量27%的不可见的神秘物质。而可见物质(包括你和我,以及地球、恒星和     

探索暗物质之谜对暗物质的两种可能解释

未知事物遍及整个宇宙.即使利用各种先进的天文望远镜,人们所能看到的物质也仅仅占宇宙总质量的4%.然而,其余的物质也必定是存在的.否则,星系将不会保持现有的结构,宇宙也不会如天文学家所观测到的那样在不断膨胀.目前,暗物质和暗能量究竟由什么组成仍是个谜,但最近物理学家发现了关于它们构成的某些线索.     

对暗物质的两种可能解释

未知事物遍及整个宇宙。即使利用各种先进的天文望远镜。人们所能看到的物质也仅仅占宇宙总质量的4％。然而，其余的物质也必定是存在的。否则，星系将不会保持现有的结构，宇宙也不会如天文学家所观测到的那样在不断膨胀。目前，暗物质和暗能量究竟由什么组成仍是个谜，但最近物理学家发现了关于它们构成的某些线索。     

宇宙中心黑暗的空白

我们建立的这幅有关宇宙的图片是极为成功的——可能就是因为宇宙真实的身份大部分被完全伪装起来了吧。对于我们的肉眼,繁星就是整个宇宙。而对于宇宙学家,它们不过是闪烁的尘埃,在无限广袤的空间中无关紧要的装饰而已。远远比这些普通的星体和气体更让人难以捉摸的是这两个实体:暗物质和暗能量。我们除了知道它们是无处不在的,其他     

研究暗物质有什么用

<正>当人们已经习惯使用暗物质和暗能量这些类似于宇宙"幽灵"的名词来描述宇宙的时候,却仍无法寻找到这些无处不在的黑暗"幽灵"。我们花费了这么大的精力寻觅暗物质,而且很多的尝试都是基于并没有很大把握的猜测,这么做到底值不值?还有,探测到了暗物质能有什     

星系红移巡天宇宙学——探索暗能量

宇宙时空的加速膨胀是20世纪自然科学最伟大的发现之一,探索其背后的物理机制是当前物理学和天文学的关键科学任务.在此研究领域,亟待解决的问题包括:(1)如何从海量观测数据中提取暗能量相关的核心信息?(2)暗能量是否具有动力学性质?(3)暗能量的本质是什么?暗能量研究的主要方法是联合多种探测手段,通过精准测量宇宙的膨胀率和结构形成来获取暗能量性质.大型星系红移巡天为暗能量研究提供了关键的数据支持.我们从巡天样本中提取重子声波振荡(baryon acoustic oscillations, BAO)和红移空间畸变(redshift space distortions, RSD)等重要的宇宙学探针,分别用于测量宇宙的膨胀率和结构增长率,开展暗能量研究.大型巡天项目斯隆数字巡天(Sloan Digital Sky Survey, SDSS)已成功获取了百万量级的高质量星系光谱,测绘了迄今为止最大的宇宙三维图像,并将宇宙距离测量精度提高到1%,在高精度暗能量检验中发挥至关重要的作用.本文主要介绍过去10年内国际上最大的星系红移巡天项目——SDSS三期的重子振荡光谱巡天(Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, BOSS,2009～2014年)和四期的拓展重子振荡光谱巡天(extended Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, eBOSS,2014～2019年),以及我们依托BOSS和e BOSS巡天开展暗能量研究方面的最新进展.