Giải thích về Vật chất tối và Năng lượng tối cho giáo dân


15

Với kiến ​​thức ít ỏi của mình, tôi biết điều này:

Vật chất tối

Trung tâm của một thiên hà điều khiển / thu hút các vật thể của nó (sao, hành tinh, sao chổi, v.v.) về phía mình vì trọng lực. Nhưng khối lượng của trung tâm của thiên hà này dường như nhỏ hơn những gì cần thiết để thu hút tất cả các đối tượng của thiên hà. Do đó Dark Matter ở đó, điều này làm cho sự thu hút hoặc kiểm soát này trở nên khả thi.

Năng lượng tối

Đây là lực kéo các thiên hà ra xa nhau và do đó làm cho vũ trụ giãn nở. Nếu chúng ta không có lực lượng giả thuyết này, chúng ta không thể giải thích tại sao khoảng cách giữa các thiên hà ngày càng tăng.

Câu hỏi

Xin vui lòng cho tôi biết tôi cách nghĩa của các thuật ngữ này bao xa? Và làm thế nào tôi có thể giải thích những điều này cho một giáo dân, người không có hoặc có rất ít kiến ​​thức về thiên văn học?

Cảm ơn.

Tái bút: Tôi đã đọc câu hỏi này ở đây , rất hay nhưng tôi không thể biết được cách giải thích với giáo dân.


1
Về cơ bản, phiên bản câu trả lời của MBR cho vật chất tối trong câu hỏi được liên kết là "Vành ngoài của thiên hà dự kiến ​​sẽ quay chậm hơn bên trong dựa trên vật chất chúng ta quan sát, nhưng thay vào đó nó quay nhanh như bên trong - chúng ta gọi bất cứ điều gì gây ra sự khác biệt vật chất tối này, như trong vấn đề phải có ở đó mà chúng ta không quan sát được. " Giải thích của bạn cho năng lượng tối là ok.
gọi là2voyage

Bạn có cần giải thích gì thêm không? Nếu không, tôi sẽ đề nghị ai đó thêm một lời giải thích đơn giản vào câu trả lời của MBR và đóng câu này thành một bản sao.
gọi là2voyage

@ gọi2voyage: Cảm ơn. Nếu nó không rắc rối, tôi sẽ đánh giá cao chi tiết hơn. Tại sao vành ngoài dự kiến ​​sẽ quay chậm hơn? Bởi vì nó không được "kết nối" về mặt vật lý?
Farhan

@ gọi2voyage: Ngoài ra, việc thêm Dark Matter sẽ giải quyết vấn đề này như thế nào? Cảm ơn.
Farhan

Câu trả lời:


15

Vật chất tối Sự hiểu biết của bạn về vật chất tối không phải là xấu, nhưng đây là một vài chi tiết làm rõ. Quỹ đạo: Tốc độ của quỹ đạo của một đối tượng có liên quan đến 2 điều: bán kính quỹ đạo của nó và khối lượng bên trong nó. Trong hệ mặt trời, hơn 99% khối lượng tập trung ở trung tâm, do đó bán kính là tác động chủ yếu đến tốc độ quỹ đạo. Khi chúng ta nhìn vào các hành tinh cách xa mặt trời, tốc độ quỹ đạo của chúng giảm. Trong thiên hà, đó là một câu chuyện tương tự, nhưng với bán kính quỹ đạo ngày càng tăng, bạn cũng sẽ ngày càng có khối lượng lớn hơn trong quỹ đạo của mình vì thiên hà có đầy những ngôi sao khác. Mặc dù vậy, chúng tôi hy vọng tốc độ quỹ đạo sẽ giảm khi bạn nhìn các vật thể về phía rìa của thiên hà, vì các ngôi sao sẽ khuếch tán nhiều hơn khi bạn di chuyển ra ngoài và không đủ khối lượng trong quỹ đạo để bù cho bán kính tăng dần. Thay thế,

Dưới đây là một ví dụ về đường cong được gọi là thiên hà xoắn ốc NGC 3198 : nhập mô tả hình ảnh ở đây

Nếu không có vật chất tối, chúng ta sẽ mong đợi tốc độ của các vật thể là một hàm bán kính (từ tâm khối lượng) đi theo đường cong có nhãn 'đĩa'. Tuy nhiên, những gì chúng ta thấy dường như là tổng của hai đóng góp (đĩa và 'quầng sáng vật chất tối' bao quanh đĩa này), được đặt chồng lên dữ liệu thực tế.

Chúng tôi cũng có bằng chứng về khối lượng tăng thêm này từ các thấu kính hấp dẫn. Khi ánh sáng đi qua một vật thể lớn như cụm thiên hà, đường đi của nó có thể bị uốn cong bởi trọng lực của vật thể đó. Chúng ta có thể thấy hiệu ứng này khi một cụm thiên hà ở phía trước một thiên hà xa hơn, ánh sáng từ vật thể nền bị phóng đại và biến dạng. Chúng ta có thể tính toán đường đi mà ánh sáng phải đi để xuất hiện khi chúng ta nhìn thấy nó và khối lượng cần thiết để bẻ cong nó theo cách đó không thể được tính bằng chỉ các ngôi sao và khí mà chúng ta nhìn thấy trong cụm thấu kính. Điều này một lần nữa cho thấy rằng có thêm khối lượng mà chúng ta không thể nhìn thấy.

Đây là một hình ảnh tuyệt vời từ CFHT cho thấy cách hoạt động của thấu kính trọng lực.

Năng lượng tối Bạn không quá xa với thứ này, với một điểm khác biệt lớn: Năng lượng tối là 'lực lượng' khiến vũ trụ tăng tốc sự giãn nở của nó. Chúng tôi hy vọng vũ trụ sẽ được mở rộng từ mô hình vũ trụ của Big Bang, nhưng chúng tôi hy vọng nó sẽ chậm lại khi lực hấp dẫn lẫn nhau của mọi thứ trong vũ trụ tác động lên nhau. Năng lượng tối dường như là một "áp lực" trên mọi phần của không gian để mở rộng, nhưng nó rất yếu và bị chi phối bởi trọng lực và các yếu tố khác trong hầu hết lịch sử của vũ trụ. Chỉ trong vài tỷ năm qua, nó đã bắt đầu tiếp quản.

Nó hoạt động một cái gì đó như thế này. Hãy tưởng tượng bạn có một vùng 1-D không thời gian 1 đơn vị (chỉ để thuận tiện). Đây là: | -------- | Bây giờ khu vực này có "áp lực mở rộng" năng lượng tối này tác động lên nó. Giả sử là 0,07 đơn vị mỗi năm trên mỗi đơn vị. Điều này có nghĩa là mỗi năm, khu vực không thời gian này trở nên lớn hơn 7%. Trong 10 năm, chiều dài sẽ tăng gấp đôi: | -------- | -------- | Bây giờ điều này là, mỗi khu vực có áp lực mở rộng tương tự như khu vực ban đầu! Vì vậy, cả hai sẽ tăng gấp đôi trong 10 năm, và sau đó những người sẽ tăng gấp đôi, và như vậy. Vì vậy, những gì xảy ra là bạn có được một bản mở rộng nhỏ tại địa phương, nhưng càng đi xa thì nó càng tăng tốc ra khỏi bạn. Ảnh hưởng thực sự của năng lượng tối là các đơn đặt hàng có cường độ nhỏ hơn, tương đương 67,15 ± 1,2 (km / s) / Mpc ( Wikipedia), nhưng điều đó vẫn có nghĩa là bất kỳ thiên hà nào cách xa chúng ta hơn 4,5 Gigaparsec hiện đang được mang đi khỏi chúng ta nhanh hơn tốc độ ánh sáng. (Chúng ta vẫn có thể nhìn thấy chúng ngay bây giờ vì ánh sáng chúng ta nhìn thấy được phát ra từ lâu trước khi tốc độ mở rộng tăng cao.) Sự mở rộng cộng lại trên khoảng cách rất lớn mà chúng ta nhìn thấy trong vũ trụ.

Năng lượng tối không ảnh hưởng đến những thứ như các hành tinh, hệ mặt trời và các thiên hà vì hiệu ứng này rất yếu trên quy mô nhỏ, trọng lực nhiều hơn là chống lại nó. Hiệu ứng của nó chủ yếu có thể được nhìn thấy trên những khoảng không gian trống trải rộng lớn giữa các cụm thiên hà.

Mong rằng sẽ giúp!


1
Điều này là tốt, nhưng có một quan niệm sai lầm lớn không làm tăng sự rõ ràng: tuyên bố rằng ảnh hưởng của năng lượng tối không phải là lực hấp dẫn. Năng lượng tối có áp suất âm và do đó tương tự như 'lực kéo vào trong' (giả sử, một pít-tông trên một thùng chứa nước ở áp suất âm); không cần trích dẫn sợ hãi về "áp lực" bởi vì đó áp lực. Nhưng áp lực tiêu cực cũng tạo ra lực hấp dẫn. Thực sự, cái ngắn gọn của nó là: áp lực hấp dẫn, không chỉ năng lượng và áp lực tiêu cực hấp dẫn.
Stan Liou

Cảm ơn đã làm rõ, tôi đã nghĩ rằng nó giống như một áp lực tích cực đẩy ra 'ranh giới' của một khối không thời gian.
gargoylezoo

1
@StanLiou là chính xác về điều này. Năng lượng tối biểu hiện dưới dạng áp suất, GR cho chúng ta biết rằng nó tham gia vào lực hấp dẫn (mặc dù có dấu âm trong phương trình trạng thái). Tôi muốn chỉ ra rằng bài viết của bạn có chất lượng cao. Hãy tiếp tục phát huy!
chiêm tinh

1
Cảm ơn! Tôi tình nguyện tiếp cận cộng đồng tại một đài thiên văn địa phương, vì vậy đây là công việc tôi làm mọi lúc.
gargoylezoo

@gargoylezoo: (Tôi biết chính xác điều này không liên quan đến câu hỏi.) Những đường thẳng song song và vuông góc trong bức ảnh đính kèm của bạn, chúng được gọi là gì? Họ đại diện cho một từ trường hoặc một số lĩnh vực khác, hoặc cái gì khác? Có nên có một số hiệu ứng trên chúng vì Trái đất?
Farhan
Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.