暗物質(zhì)與暗能量——宇宙95%的部分你根本看不見(jiàn)

你以為宇宙是由星星、行星、氣體和塵埃構(gòu)成的？那你只看到了全部的5%?？茖W(xué)家告訴我們，宇宙中95%的組成是我們完全看不見(jiàn)、摸不著、甚至無(wú)法直接探測(cè)的東西——暗物質(zhì)和暗能量。這不是科幻，這是當(dāng)代物理學(xué)最嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)。

宇宙組成比例

暗能量 68%神秘排斥力

暗物質(zhì) 27%看不見(jiàn)的質(zhì)量

普通 5%你能看見(jiàn)的一切

暗物質(zhì)：看不見(jiàn)的引力骨架

1933年，天文學(xué)家弗里茨·茲威基觀察后發(fā)座星系團(tuán)時(shí)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇怪的現(xiàn)象：星系團(tuán)中星系的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)超它們應(yīng)有的速度——按照可見(jiàn)物質(zhì)的引力計(jì)算，這些星系早就飛散了。這意味著一定有大量不可見(jiàn)的物質(zhì)提供額外引力。1970年代，薇拉·魯賓進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)星系旋轉(zhuǎn)曲線"太平"了——外圍恒星的公轉(zhuǎn)速度和內(nèi)部幾乎相同，而非按照牛頓定律逐漸減小。這同樣指向大量隱形質(zhì)量的存在。

暗物質(zhì)的特性：它不發(fā)光、不吸光、不反光，幾乎不與普通物質(zhì)發(fā)生電磁相互作用。它只通過(guò)引力影響周圍環(huán)境，就像一張看不見(jiàn)的網(wǎng)，將宇宙中的星系束縛在一起，構(gòu)成宇宙的大尺度結(jié)構(gòu)——宇宙網(wǎng)（Cosmic Web）。

迄今為止，科學(xué)家提出了多種暗物質(zhì)候選粒子，最熱門(mén)的是弱相互作用大質(zhì)量粒子（WIMP）。全球建有多個(gè)超深地下探測(cè)器，試圖捕獲偶爾與普通物質(zhì)碰撞的暗物質(zhì)粒子，但到目前為止，沒(méi)有一次決定性的直接探測(cè)成功。暗物質(zhì)，依然是物理學(xué)最大的謎題之一。

暗能量：讓宇宙加速膨脹的神秘推手

1998年，兩個(gè)獨(dú)立的超新星研究團(tuán)隊(duì)同時(shí)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)令所有人震驚的結(jié)論：宇宙的膨脹正在加速！按照引力理論，宇宙膨脹應(yīng)該因?yàn)槲镔|(zhì)間的引力而減速，但觀測(cè)結(jié)果完全相反。是什么在對(duì)抗引力、推動(dòng)宇宙加速膨脹？科學(xué)家給這個(gè)未知的"東西"起了一個(gè)名字——暗能量。

暗能量的本質(zhì)完全成謎。最簡(jiǎn)單的描述是愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論中的宇宙學(xué)常數(shù)（Λ）——真空本身?yè)碛心芰棵芏?，這種能量均勻彌漫于整個(gè)時(shí)空，產(chǎn)生排斥性壓力。但為什么真空有能量？理論預(yù)測(cè)值和觀測(cè)值之間的差距高達(dá)1012?倍，這被稱為"宇宙學(xué)常數(shù)問(wèn)題"，是物理學(xué)史上最大的不吻合之一。

未來(lái)：宇宙的命運(yùn)取決于暗能量

暗能量的密度是否會(huì)隨時(shí)間變化，將決定宇宙的終極命運(yùn)。如果暗能量密度保持不變，宇宙將永遠(yuǎn)加速膨脹，星系逐漸分離，最終熱寂。如果暗能量密度持續(xù)增大，膨脹將撕碎所有物質(zhì)，連原子都將被撕裂——這就是"大撕裂"（Big Rip）假說(shuō)。解開(kāi)暗物質(zhì)和暗能量之謎，是21世紀(jì)物理學(xué)最重要的任務(wù)。

互動(dòng)話題：你認(rèn)為暗物質(zhì)最終會(huì)被直接探測(cè)到嗎？

??

一定會(huì)！科技在進(jìn)步，遲早能找到直接證據(jù)

只能間接感知，永遠(yuǎn)無(wú)法直接捕捉到

暗物質(zhì)根本不存在，是引力理論需要修正

它是來(lái)自高維空間的投影，普通儀器探測(cè)不到