能带． 金属导体都有仅部分能量被电子占据的宽的能带，称为导带．在这种能带 中没有被占据的电子态的能量与已被占据的电子态粗纤维测定仪的能量相连接，能带填充的 情况很容易被电场作用所改变，表现出良好的导电性． 绝缘体中电子刚好填满最低的一系列能带，其最高的满带有时称为价带， §９． ８ ３ 半导体物理 １ ７ 更高的各能带都空着．粗纤维测定仪由于满带与空带之间隔着比较宙射线也不能归之于 完全由银河系中某个区域射出来的．宇宙射线中有一部分是从银河系以外的太 空中射来的，有可能来自宇宙中各星系． 原始宇宙线粒子主要成分是质子，还有少量的原子核．既然各星系发出的 原始宇宙射线的主要成分是质子，那么从反星系发出的宇宙线粒子的主要成分 应该是反质子．所有各星系发出的宇宙射线混在一起射向地球而被我们 观察到． 观察地球上接收的原始宇宙线粒子中是否有一定份额的反质子，如果观察 到确实有一定份额的反质子，就需要判断这部分反质子宇宙射线主要从哪个方 向射来，还需要确定这部分反质子原始宇宙射线的强度． 这些信息可以为人类探寻反物质提供以下线索：太空中是否存在粗纤维测定仪反物质星 系— ———是否有一定份额的反质子原始宇宙射线；— ———反质子原始宇宙射线主要从哪个方向射来；反物质星系距离有多远、发 射宇宙射线强度有多大———观察到的反质子原始宇宙射线的强度． 在地球表面上是不能进行这项观测的，因为地球表面上观测到的宇宙射线 不是原始宇宙射线，是次级宇宙射线． 高能原始宇宙射线射向地球时，到了大气层就和大气中的原子核碰撞，产 生许多高能 π介子．这些 π介子可以再和别的原子核碰撞或者衰变产生 μ子． 这个过程一次接一次地级联进行，一个入射的原始宇宙射线粒子可以产生几百 个甚至更多的次级宇宙射线粒子，表现为大量的 π介子和 μ子．观察到这样 ２ ０第十章 宇宙的结构和演化 ８ 的次级宇宙射线粒子，根本无法判断进来的原始宇宙射线粒子究竟是什么粒 子，也难于对原始宇宙射线粒子的入射方向和强度做出准确的判断．因此这样 的观测必须粗纤维测定仪到太空去做，必须跑出大气层，直接观测原始宇宙射线粒子．目 前，这方面的观测研究正在 α谱仪太空实验室中进行． §１ 宇宙中的暗物质和暗物质的探寻 ０５． 大量存在的暗物质 宇宙中有许多螺旋状星系，这是一些在万有引力作用下旋转的星系．观察 其中不靠近中心，且距离中心ｒ处的某一部分的运动速度ｖ，按引力等于向心 力得出 ｖ＝ Ｇｍｉ（ｒ）粗纤维测定仪 ． ｎ ｒ 这里ｍ（ｒ）是星系粗纤维测定仪中粗纤维测定仪．如果星系质量比较集中在中心 ｎ 区，则对于中心区以外的区域，ｍ（ｒ）就是不随ｒ的增加而变化的常量．这 ｉｎ 样，外部星体的运动速度应该随ｒ的增加而减少．而实际观测得出：直接观测 ２ 到的星系的质量分布确实是中心密、外面稀；并且，许多星系的ｖ随ｒ变化 不大．从观察到的六十多个螺旋状星系来看，都显示出在几万光年或更大的范 围内，ｖ不随ｒ变化．并且都在一个典型值附近 ｖ≈２０ ００ｋｍ／ｓ． ０ 这表明尽管从直接观测来看，星系的质量集中在星云核的区域，但实际上 在相当大的范围内，星云中半径ｒ的球体区域内的总质量ｍ（ｒ）随ｒ的增加而 ｉｎ 增加．因为如果ｍｉ（ｒ）随ｒ成正比地增加ｍｉｎ（ｒ）＝ｍｒ，按引力等于向心力得出 ｎ ｖ＝Ｇｍ． 按此估计在相当大的范围内，星系的质量大体为 ２ ｖ０ｒ ｍ（ｒ）＝ Ｇ． ｉｎ 这相当于Ｎ个太粗纤维测定仪阳的质量， Ｎ＝ ｍ（ｒ） ＝ ｖｒ． ２ｉｎ０ ｍ⊙Ｇｍ⊙ ３０ 如果用ｖ≈２０ ００ｋｍ／ｓ，ｒ＝４０００ ００ｌ．ｙ．，ｍ⊙＝１．９８ ８８９×１０ｋｇ代入．可以得到典 型的星系在半径为４００ ０００ｌ．ｙ．的球体范围内的质量相当于Ｎ＝１．１４０６×１０个 太阳的质量．这个值比实际观测到的要大得多． §１０．５ 宇宙中的暗物质和暗物质的探寻 ２ ０９ 太阳系在银河系里离银河系中心约２６００ ００ｌ．ｙ．的地方，它绕银河系中心 运动的速度是ｖ粗纤维测定仪＝（２２０±２０）ｋｍ．估计银河系中比太阳系更靠近中心的总质量 １０ 为太阳质量的９×１０倍，远大于实际观测值． 这表明实际上还有许多未被观测到的物质也在起引力的作用，这些物质数 量多，并且分布范围比看到的要大．根据这些估计星系的总质量约为观测得到 的星系质量的３～１０倍，即大量的物质是不能 “观察”的物质． 暗物质是不能提供任何直接的电磁作用信号，但可以有引力效应的物质． 在星云的质量分布中，大量的质量是暗物质．这是弥散状态存在的暗物质．宇 宙中还存在聚集状态的暗物质．大量物质聚集构成星体．对于每个星体都可以 算出这样一个半径：如果星体的全部质量都聚集在这个半径以内，则该星体上 的任何物质不论以多大的速度向外发射，都不能射出星体范围，这个半径称为 施瓦氏半径（Ｓｃｈｗａｒｚｓｃｈｉｌｄ）．例如，太阳的施瓦氏半径是２．９５３ｋｍ，如果太阳 的全部质量都集中在一个半径比２．９５３ｋｍ还小的球体内，则太阳将
