宇宙的命运取决于什么？暗能量的性质

凡八哥

新浪科技讯 北京时间8月27日消息，宇宙中存在数十亿个星系和数万亿颗恒星，还有数不清的行星、卫星、小行星、彗星、尘埃和气体云，所有这些天体的构成要素是什么？它们又从何而来？

氢是宇宙中最常见的元素，其次是氦，二者几乎构成了所有的常规物质。然而，常规物质只占宇宙的一小部分，大约5%。宇宙的其余部分都是由看不见的东西构成的，只能通过间接方法进行探测。

大部分是氢

一切都始于大约138亿年前的一次大爆炸，当时，温度极高且密度极大的物质突然向四面八方迅速膨胀，几毫秒后，中子、质子、电子、光子和其他亚原子粒子组成了新生的宇宙，它们以大约1000亿开尔文的温度不断碰撞，做着高速运动。

元素周期表中所有已知的元素，以及宇宙中每一个天体，从黑洞到大质量恒星再到太空尘埃，都是在大爆炸期间产生的。我们甚至不知道在如此炽热、密集的环境中是否存在适用的物理定律。

大爆炸后大约100秒，宇宙温度下降到10亿开尔文，依然在沸腾，大约38万年后，宇宙冷却到足够让质子和中子聚集在一起形成锂、氦和氢同位素氘，而自由电子被捕获形成中性原子。

因为在早期宇宙中有很多的质子，氢作为最轻的元素，只有一个质子和一个中子，成为最丰富的元素，占宇宙原子的近95%。美国国家航空航天局（NASA）的研究称，宇宙中近5%的原子是氦。在大爆炸后大约2亿年时，第一颗恒星形成了，同时产生了其他的元素，这些元素只占宇宙其余1%的常规物质中的一小部分。

看不见的粒子

宇宙大爆炸期间还产生了另一种看不见的事物：暗物质。然而，科学家还无法说明暗物质是以什么形式出现的，因为我们还没有探测到这些粒子。

在宇宙学中，暗物质是无法通过电磁波观测进行研究，即不与电磁力产生作用的物质，目前，科学家只能透过引力效应来推测宇宙中大量暗物质的存在，因此，暗物质目前还不能直接观测到，但是我们可以从宇宙的第一束光亮，即宇宙微波背景辐射中寻找暗物质的微小波动，从中获得相关的信息。科学家在20世纪30年代首次提出暗物质的存在，认为暗物质通过看不见的引力作用，将快速移动的星系团聚集在一起。

几十年后的20世纪70年代，美国天文学家维拉·鲁宾在研究恒星自转速度时发现了更多暗物质存在的间接证据，她发现星系外侧的速度比理论预期的快得多，因此推测可能存在相当数量的暗物质，使这部分不致因过大的离心力而脱离星系。

根据这位科学家的发现，天体物理学家计算出，暗物质——即使看不见或测量不到——应该占宇宙的很大一部分，大约20年前，科学家发现宇宙中存在着比暗物质更奇怪的东西：暗能量。在宇宙组成中，暗能量被认为比常规物质或暗物质都要丰富得多，暗物质很可能由一种（或几种）粒子物理标准模型以外的新粒子构成，对暗物质和暗能量的研究是现代物理学和粒子物理学的重要课题。

不可抗拒的力量

暗能量假说是对宇宙加速膨胀的解释中最为流行的一种。暗能量的发现，源于科学家想知道宇宙是会加速膨胀，还是会减慢膨胀，甚至向内坍缩。

当研究人员进行研究时，他们发现宇宙不仅没有向内坍缩，而且还在以前所未有的速度向外膨胀，研究人员断定，一种未知的力量——被称为暗能量——正在推动宇宙膨胀，并加速其动量，这些发现让物理学家亚当·里斯、布莱恩·施密特和索尔·珀尔马特赢得了2011年的诺贝尔物理学奖。

科学家发现，暗能量占宇宙的70%到75%，与此同时，暗物质约占20%到25%，而所谓的常规物质——我们实际上能看到的东西——估计只占宇宙的不到5%。事实上，暗能量并不是真正的能量。在爱因斯坦的理论中，能量是指所有具有引力效应的事物，包括常规物质、反物质、光和暗物质，相比之下，暗能量并没有引力效应，其导致宇宙加速膨胀的效应有时被称为“引力排斥”，使星系彼此远离。

2010年，科学家发现宇宙物质的72.8%为暗能量，22.7%为暗物质，4.5%为常规物质。2013年，普朗克卫星的数据是暗能量为68.3%，暗物质为26.8%，常规物质为4.9%。

考虑到暗能量约占宇宙的四分之三，因此理解暗能量无疑是当今科学家面临的最大挑战，虽然暗能量在过去的宇宙演化中没有发挥巨大的作用，但它将在未来发挥主导作用，因此，宇宙的命运取决于暗能量的性质。

原文地址：今日头条