暗物质比宇宙其他部分更冷吗?

时间:2020-08-23 07:58:29   作者:
不,一般来说,暗物质比非暗物质(即普通物质)的温度高。

要理解这一点,我们首先要广义地解释“温度”的含义。在原子的层面上,温度是原子运动的平均随机速度的度量-对此的技术术语是速度弥散。

我们可以根据暗物质的速度弥散来定义它的温度。这并不一定是在原子层面上,而是在空间的某个区域(比方说整个星系)内的体积速度弥散。数学上,如果一个星系中所有暗物质的速度分散是[数学]sigma[/数学],那么温度可以由

T=m[数学]σ^2/k_B[/数学]

其中m是暗物质粒子质量k_B是玻尔兹曼常数。(对一些常数取模,这些常数取决于你如何定义速度色散。)

那么为什么暗物质的温度通常比普通物质高呢?

原因是普通物质具有通过碰撞将体块运动转化为辐射的特性。换句话说,当原子四处飞行并相互撞击时,它们激发电子,然后电子重新结合并发出光。这种光带走了能量——并使普通物质变冷,因为剩余的原子有更少的能量来回反射。

这听起来非常的技术,但你看到这种事发生,从一个发光的铁锭白炽灯泡的灯丝,在每种情况下,原子和/或电子砸到对方,创建和光线,包括热红外的光。热量加热你的手,热的物体冷却下来。

暗物质比宇宙其他部分更冷吗?

现在,暗物质有一个特性,就是它不会以任何形式发光。这就是暗物质的基本定义!事实上,它不与光或电磁辐射以任何方式相互作用。因此,暗物质无法像普通物质一样通过发光来冷却。

因此,暗物质的温度几乎总是比普通物质高。
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