请分别介绍一下暗物质；暗能量；弦理论.（请用通俗的语言）谢谢再多问一个问题：宇宙的组成

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请分别介绍一下暗物质；暗能量；弦理论.（请用通俗的语言）谢谢
再多问一个问题：宇宙的组成

请分别介绍一下暗物质；暗能量；弦理论.（请用通俗的语言）谢谢再多问一个问题：宇宙的组成
暗物质 Dark Matter:暗物质(包括暗能量)被认为是宇宙研究中最具挑战性的课题,它代表了宇宙中90%以上的物质含量,而我们可以看到的物质只占宇宙总物质量的10%不到(约5％左右).57年偌贝尔奖的获得者李政道更是认为其占了宇宙质量的99%.暗物质无法直接观测得到,但它却能干扰星体发出的光波或引力,其存在能被明显地感受到.科学家曾对暗物质的特性提出了多种假设,但直到目前还没有得到充分的证明.
几十年前,暗物质(dark matter)刚被提出来时仅仅是理论的产物,但是现在我们知道暗物质已经成为了宇宙的重要组成部分.暗物质的总质量是普通物质的6.3倍,在宇宙能量密度中占了1/4,同时更重要的是,暗物质主导了宇宙结构的形成.暗物质的本质现在还是个谜,但是如果假设它是一种弱相互作用亚原子粒子的话,那么由此形成的宇宙大尺度结构与观测相一致.不过,最近对星系以及亚星系结构的分析显示,这一假设和观测结果之间存在着差异,这同时为多种可能的暗物质理论提供了用武之地.通过对小尺度结构密度、分布、演化以及其环境的研究可以区分这些潜在的暗物质模型,为暗物质本性的研究带来新的曙光.
大约65年前,第一次发现了暗物质存在的证据.当时,弗里兹·扎维奇发现,大型星系团中的星系具有极高的运动速度,除非星系团的质量是根据其中恒星数量计算所得到的值的100倍以上,否则星系团根本无法束缚住这些星系.之后几十年的观测分析证实了这一点.尽管对暗物质的性质仍然一无所知,但是到了80年代,占宇宙能量密度大约20%的暗物质以被广为接受了.
在引入宇宙膨胀理论之后,许多宇宙学家相信我们的宇宙是平直的,而且宇宙总能量密度必定是等于临界值的（这一临界值用于区分宇宙是封闭的还是开放的）.与此同时,宇宙学家们也倾向于一个简单的宇宙,其中能量密度都以物质的形式出现,包括4%的普通物质和96%的暗物质.但事实上,观测从来就没有与此相符合过.虽然在总物质密度的估计上存在着比较大的误差,但是这一误差还没有大到使物质的总量达到临界值,而且这一观测和理论模型之间的不一致也随着时间变得越来越尖锐.
当意识到没有足够的物质能来解释宇宙的结构及其特性时,暗能量出现了.暗能量和暗物质的唯一共同点是它们既不发光也不吸收光.从微观上讲,它们的组成是完全不同的.更重要的是,像普通的物质一样,暗物质是引力自吸引的,而且与普通物质成团并形成星系.而暗能量是引力自相斥的,并且在宇宙中几乎均匀的分布.所以,在统计星系的能量时会遗漏暗能量.因此,暗能量可以解释观测到的物质密度和由暴涨理论预言的临界密度之间70-80%的差异.之后,两个独立的天文学家小组通过对超新星的观测发现,宇宙正在加速膨胀.由此,暗能量占主导的宇宙模型成为了一个和谐的宇宙模型.最近威尔金森宇宙微波背景辐射各向异性探测器（Wilkinson Microwave Anisotrope Probe,WMAP）的观测也独立的证实了暗能量的存在,并且使它成为了标准模型的一部分.
暗能量同时也改变了我们对暗物质在宇宙中所起作用的认识.按照爱因斯坦的广义相对论,在一个仅含有物质的宇宙中,物质密度决定了宇宙的几何,以及宇宙的过去和未来.加上暗能量的话,情况就完全不同了.首先,总能量密度（物质能量密度与暗能量密度之和）决定着宇宙的几何特性.其次,宇宙已经从物质占主导的时期过渡到了暗能量占主导的时期.大约在“大爆炸”之后的几十亿年中暗物质占了总能量密度的主导地位,但是这已成为了过去.现在我们宇宙的未来将由暗能量的特性所决定,它目前正时宇宙加速膨胀,而且除非暗能量会随时间衰减或者改变状态,否则这种加速膨胀态势将持续下去.
不过,我们忽略了极为重要的一点,那就是正是暗物质促成了宇宙结构的形成,如果没有暗物质就不会形成星系、恒星和行星,也就更谈不上今天的人类了.宇宙尽管在极大的尺度上表现出均匀和各向同性,但是在小一些的尺度上则存在着恒星、星系、星系团、巨洞以及星系长城.而在大尺度上能过促使物质运动的力就只有引力了.但是均匀分布的物质不会产生引力,因此今天所有的宇宙结构必然源自于宇宙极早期物质分布的微小涨落,而这些涨落会在宇宙微波背景辐射（CMB）中留下痕迹.然而普通物质不可能通过其自身的涨落形成实质上的结构而又不在宇宙微波背景辐射中留下痕迹,因为那时普通物质还没有从辐射中脱耦出来.
另一方面,不与辐射耦合的暗物质,其微小的涨落在普通物质脱耦之前就放大了许多倍.在普通物质脱耦之后,已经成团的暗物质就开始吸引普通物质,进而形成了我们现在观测到的结构.因此这需要一个初始的涨落,但是它的振幅非常非常的小.这里需要的物质就是冷暗物质,由于它是无热运动的非相对论性粒子因此得名.
在开始阐述这一模型的有效性之前,必须先交待一下其中最后一件重要的事情.对于先前提到的小扰动（涨落）,为了预言其在不同波长上的引力效应,小扰动谱必须具有特殊的形态.为此,最初的密度涨落应该是标度无关的.也就是说,如果我们把能量分布分解成一系列不同波长的正弦波之和,那么所有正弦波的振幅都应该是相同的.暴涨理论的成功之处就在于它提供了很好的动力学出发机制来形成这样一个标度无关的小扰动谱（其谱指数n=1）.WMAP的观测结果证实了这一预言,其观测到的结果为n=0.99±0.04.
但是如果我们不了解暗物质的性质,就不能说我们已经了解了宇宙.现在已经知道了两种暗物质--中微子和黑洞.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.这里我们将讨论暗物质可能的候选者,由其导致的结构形成,以及我们如何综合粒子探测器和天文观测来揭示暗物质的性质.
[编辑本段]暗物质存在的证据
最早提出证据并推断暗物质存在的科学家是美国加州工学院的瑞士天文学家弗里茨·兹威基.
2006年,美国天文学家利用钱德拉X射线望远镜对星系团1E 0657-56进行观测,无意间观测到星系碰撞的过程,星系团碰撞威力之猛,使得黑暗物质与正常物质分开,因此发现了暗物质存在的直接证据.
暗能量:它是一种不可见的、能推动宇宙运动的能量,宇宙中所有的恒星和行星的运动皆是由暗能量来推动的.之所以暗能量具有如此大的力量,是因为它在宇宙的结构中约占73%,占绝对统治地位.
宇宙的运动都是旋涡型的,所以暗能量总是以一种旋涡运动的形式出现.所以,在暗能量的旋转范围内能形成一种旋涡场,我们称之为暗能量旋涡场,简称为旋涡场.我们用En来表示太阳系的暗能量,用Ep来表示物质绕太阳系中心运动的总动能.当En=Ep时,太阳系旋涡场处于平衡状态,它既不会膨胀也不会收缩.但当En衰退时,太阳系旋涡场就会收缩,太阳系中所有的行星就会向太阳靠近.
弦理论:——超弦理论是现在最有希望将自然界的基本粒子和四种相互作用力统一起来的理论；
——超弦理论认为弦是物质组成的最基本单元,所有的基本粒子如电子、光子、中微子和夸克都是弦的不同振动激发态；
——超弦理论第一次将20世纪的两大基础理论——广义相对论和量子力学结合到一个数学上自洽的框架里；
——超弦理论有可能解决长期困扰物理学家的难题如黑洞的本质和宇宙的起源；如果超弦理论为实验所证实,将从根本上改变人们对物质结构、空间和时间的认识.
据专家介绍,弦理论的一个基本观点就是认为自然界的基本单元不是像电子、光子、中微子和夸克等等这样的粒子,这些看起来像基本粒子的东西实际上都是很小很小的弦的闭合圈(称为闭合弦或闭弦),闭弦的不同振动和运动就给出这些不同的基本粒子.因此弦理论从一些非常基本和简单的单元就能得到宇宙的无穷变化和复杂性.在弦理论中,人们自然地可以得到规范对称性、超对称性和引力,而这些原理在原有的标准模型中或者是强加进去的或者是与量子理论相冲突的,而在弦理论中它们都自然地出现并协和地统一起来了,也是彼此需要、独一无二的.
但是,到现在为止还没有人观测到基本的弦.如果弦是真实的,那么由爱因斯坦开创的广义相对论与量子理论的完美结合就不是遥遥无期的奢望了.
宇宙的组成:物质现象的总和.广义上指无限多样、永恒发展的物质世界,狭义上指一定时代观测所及的最大天体系统.后者往往称作可观测宇宙、我们的宇宙,现在相当于天文学中的“总星系”.
词源考察 在中国古籍中最早使用宇宙这个词的是《庄子·齐物论》.“宇”的含义包括各个方向,如东西南北的一切地点.“宙”包括过去、现在、白天、黑夜,即一切不同的具体时间.战国末期的尸佼说：“四方上下曰宇,往古来今曰宙.”“宇”指空间,“宙”指时间,“宇宙”就是时间和空间的统一.后来“宇宙”一词便被用来指整个客观实在世界.与宇宙相当的概念有“天地”、“乾坤”、“六合”等,但这些概念仅指宇宙的空间方面.《管子》的“宙合”一词,“宙”指时间,“合”（即“六合”）指空间,与“宇宙”概念最接近.
在西方,宇宙这个词在英语中叫cosmos,在俄语中叫кocMoc ,在德语中叫kosmos ,在法语中叫cosmos.它们都源自希腊语的κoσμoζ,古希腊人认为宇宙的创生乃是从浑沌中产生出秩序来,κoσμoζ其原意就是秩序.但在英语中更经常用来表示“宇宙”的词是universe.此词与universitas有关.在中世纪,人们把沿着同一方向朝同一目标共同行动的一群人称为universitas.在最广泛的意义上,universitas 又指一切现成的东西所构成的统一整体,那就是universe,即宇宙.universe和cosmos常常表示相同的意义,所不同的是,前者强调的是物质现象的总和,而后者则强调整体宇宙的结构或构造.
宇宙观念的发展 宇宙结构观念的发展 远古时代,人们对宇宙结构的认识处于十分幼稚的状态,他们通常按照自己的生活环境对宇宙的构造作了幼稚的推测.在中国西周时期,生活在华夏大地上的人们提出的早期盖天说认为,天穹像一口锅,倒扣在平坦的大地上；后来又发展为后期盖天说,认为大地的形状也是拱形的.公元前7世纪 ,巴比伦人认为,天和地都是拱形的,大地被海洋所环绕,而其中央则是高山.古埃及人把宇宙想象成以天为盒盖、大地为盒底的大盒子,大地的中央则是尼罗河.古印度人想象圆盘形的大地负在几只大象上,而象则站在巨大的龟背上,公元前7世纪末,古希腊的泰勒斯认为,大地是浮在水面上的巨大圆盘,上面笼罩着拱形的天穹.
最早认识到大地是球形的是古希腊人.公元前6世纪,毕达哥拉斯从美学观念出发,认为一切立体图形中最美的是球形,主张天体和我们所居住的大地都是球形的.这一观念为后来许多古希腊学者所继承,但直到1519～1522年,葡萄牙的F.麦哲伦率领探险队完成了第一次环球航行后 ,地球是球形的观念才最终证实.
公元2世纪,C.托勒密提出了一个完整的地心说.这一学说认为地球在宇宙的中央安然不动,月亮、太阳和诸行星以及最外层的恒星天都在以不同速度绕着地球旋转.为了说明行星视运动的不均匀性,他还认为行星在本轮上绕其中心转动,而本轮中心则沿均轮绕地球转动.地心说曾在欧洲流传了1000多年.1543年,N.哥白尼提出科学的日心说,认为太阳位于宇宙中心,而地球则是一颗沿圆轨道绕太阳公转的普通行星.1609年,J.开普勒揭示了地球和诸行星都在椭圆轨道上绕太阳公转,发展了哥白尼的日心说,同年,G. 伽利略 则率先用望远镜观测天空,用大量观测事实证实了日心说的正确性.1687年,I. 牛顿 提出了万有引力定律,深刻揭示了行星绕太阳运动的力学原因,使日心说有了牢固的力学基础.在这以后,人们逐渐建立起了科学的太阳系概念.
在哥白尼的宇宙图像中,恒星只是位于最外层恒星天上的光点.1584年,G.布鲁诺大胆取消了这层恒星天,认为恒星都是遥远的太阳.18世纪上半叶,由于E.哈雷对恒星自行的发展和J.布拉得雷对恒星遥远距离的科学估计,布鲁诺的推测得到了越来越多人的赞同.18世纪中叶,T.赖特、I. 康德 和J.H.朗伯推测说,布满全天的恒星和银河构成了一个巨大的天体系统.F.W.赫歇尔首创用取样统计的方法,用望远镜数出了天空中大量选定区域的星数以及亮星与暗星的比例,1785年首先获得了一幅扁而平、轮廓参差、太阳居中的银河系结构图,从而奠定了银河系概念的基础.在此后一个半世纪中,H.沙普利发现了太阳不在银河系中心、J.H.奥尔特发现了银河系的自转和旋臂,以及许多人对银河系直径、厚度的测定,科学的银河系概念才最终确立.
18世纪中叶,康德等人还提出,在整个宇宙中,存在着无数像我们的天体系统(指银河系)那样的天体系统.而当时看去呈云雾状的“星云”很可能正是这样的天体系统.此后经历了长达170年的曲折的探索历程,直到1924年,才由E.P.哈勃用造父视差法测仙女座大星云等的距离确认了河外星系的存在.
近半个世纪,人们通过对河外星系的研究,不仅已发现了星系团、超星系团等更高层次的天体系统,而且已使我们的视野扩展到远达200亿光年的宇宙深处.
宇宙演化观念的发展 在中国,早在西汉时期,《淮南子·俶真训》指出：“有始者,有未始有有始者,有未始有夫未始有有始者”,认为世界有它的开辟之时,有它的开辟以前的时期,也有它的开辟以前的以前的时期.《淮南子·天文训》中还具体勾画了世界从无形的物质状态到浑沌状态再到天地万物生成演变的过程.在古希腊,也存在着类似的见解.例如留基伯就提出,由于原子在空虚的空间中作旋涡运动,结果轻的物质逃逸到外部的虚空,而其余的物质则构成了球形的天体,从而形成了我们的世界.
太阳系概念确立以后,人们开始从科学的角度来探讨太阳系的起源.1644年,R.笛卡尔提出了太阳系起源的旋涡说；1745年,G.L.L.布丰提出了一个因大彗星与太阳掠碰导致形成行星系统的太阳系起源说；1755年和1796年,康德和拉普拉斯则各自提出了太阳系起源的星云说.现代探讨太阳系起源z的新星云说正是在康德-拉普拉斯星云说的基础上发展起来.
1911年,E.赫茨普龙建立了第一幅银河星团的颜色星等图；1913年,H.N.罗素则绘出了恒星的光谱-光度图