暗物質(zhì)與暗能量——宇宙95%的部分你根本看不見

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、摸不著、甚至無法直接探測的東西——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。

宇宙組成比例

暗能量 68%神秘排斥力

暗物質(zhì) 27%看不見的質(zhì)量

普通 5%你能看見的一切

暗物質(zhì)：看不見的引力骨架

1933年，天文學(xué)家弗里茨·茲威基觀察后發(fā)座星系團時發(fā)現(xiàn)了一個奇怪的現(xiàn)象：星系團中星系的運動速度遠(yuǎn)超它們應(yīng)有的速度——按照可見物質(zhì)的引力計算，這些星系早就飛散了。這意味著一定有大量不可見的物質(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。它只通過引力影響周圍環(huán)境，就像一張看不見的網(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，最熱門的是弱相互作用大質(zhì)量粒子（WIMP）。全球建有多個超深地下探測器，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，沒有一次決定性的直接探測成功。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，兩個獨立的超新星研究團隊同時發(fā)現(xiàn)了一個令所有人震驚的結(jié)論：宇宙的膨脹正在加速！按照引力理論，宇宙膨脹應(yīng)該因為物質(zhì)間的引力而減速，但觀測結(jié)果完全相反。是什么在對抗引力、推動宇宙加速膨脹？科學(xué)家給這個未知的"東西"起了一個名字——暗能量。

暗能量的本質(zhì)完全成謎。最簡單的描述是愛因斯坦廣義相對論中的宇宙學(xué)常數(shù)（Λ）——真空本身擁有能量密度，這種能量均勻彌漫于整個時空，產(chǎn)生排斥性壓力。但為什么真空有能量？理論預(yù)測值和觀測值之間的差距高達(dá)1012?倍，這被稱為"宇宙學(xué)常數(shù)問題"，是物理學(xué)史上最大的不吻合之一。

未來：宇宙的命運取決于暗能量

暗能量的密度是否會隨時間變化，將決定宇宙的終極命運。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。解開暗物質(zhì)和暗能量之謎，是21世紀(jì)物理學(xué)最重要的任務(wù)。

互動話題：你認(rèn)為暗物質(zhì)最終會被直接探測到嗎？

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一定會！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

它是來自高維空間的投影，普通儀器探測不到