暗物质与暗能量，令科学家头疼的问题

levin2008

宇宙微波背景辐射图

暗物质与暗能量被认为是现代宇宙研究当中最具有挑战性的一个研究课题之一

什么是暗物质？几十年前，暗物质刚被提出来时仅仅只是理论上的产物，但是现在我们就知道暗物质早已经成为了宇宙的重要组成部分。现在地面和空间的大量观测表明，宇宙最主要的物质是暗物质，约占26.8%。我们可以看到的物质却是最少的，你看得见的，摸得着的闻得到的都只是普通的物质，只占宇宙总物质量的4.9%左右。而暗物质没有强相互作用，也没有电磁相互作用，这意味着它既不发光，也不反射光，也不吸收光，通过光学原理无法找到它。相互作用很微弱，暗物质是可见物质的五倍，长寿命、质量大，把暗物质的物理性质和标准模型里面的所有基本粒子相匹配，发现没有一个基本粒子能符合暗物质的物理性质。这就意味着，如果找到了暗物质粒子，肯定会超出标准宇宙模型，导致物理学发生巨变，这就是暗物质探测意义这么重大的主要原因。

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暗物质虽然本身不可见，但暗物质湮灭或者衰变了的时候会产生能被看见的粒子，通过探测卫星探测这些看得见的粒子，可以探测看不见的暗物质粒子，叫间接探测法。由于暗物质粒子湮灭或者衰变时产生的信号很微弱，所以我们需要一个高能量分辨、高空间分辨、高统计量、低本底的高能粒子望远镜。我国也在这一领域投入20余年的研究，2015年12月发射的“悟空”号就是我们第一颗专门用于暗物质粒子探测的卫星。

暗物质和暗能量的总质量是普通物质的6.3倍，因此在宇宙能量的密度当中占了1/4，同时更为重要的是，暗物质从中主导了宇宙结构的形成。其本质直到现在还是一个谜，但是如果假设它是一种弱相互作用亚原子粒子的话，那么由此而形成的宇宙大尺度结构与所观测到的相一致。不过，最近对这个星系以及亚星系结构的主要分析加以显示，这一假设和观测结果之间所存在着一定的差异，这同时也为多种可能的暗物质理论提供了一个用武之地。并通过对小尺度结构密度、分布、演化及其环境的研究可以区分这些潜在的暗物质模型，同时为暗物质本性的研究带来一个新的曙光。

那什么是暗能量？暗能量是一种不可见的、并能推动宇宙运动的能量，宇宙当中所有的恒星和行星的运动皆是由暗能量来进行推动的，使宇宙中的星系在高速的宇宙膨胀之下不会解体。之所以暗能量具有如此大的力量，就是因为它在宇宙的结构当中约占68.3%，而且占绝对统治的主要地位。支持暗能量的主要证据就有两个。一是对遥远的星系所进行的大量观测所表明它们都在离我们远去，这证明宇宙仍还在加速的膨胀。按照爱因斯坦引力场的方程，加速膨胀的现象推论出宇宙中所存在着压强为负的"暗能量"。另一个证据则来自于近年来对微波背景辐射的相关研究并精确地测量出宇宙当中物质的总密度。

如果在星系当中主要是由普通的物质所组成，那么光子就会在落入“引力陷阱”以及从中逃逸出来的整个过程当中，由于“陷阱”的深度固定，其能量总体上也将不会变化。但是，如果星系当中包含暗能量，情况就会有所不同。由于暗能量的排斥力作用，光子就会在落入“引力陷阱”并逃出来的整个过程当中，“陷阱”会逐渐变浅，但是它的能量反而会增加。它主要体现在微波背景的辐射观测图上，并经过这些星系区域的宇宙微波背景辐射温度将会出现一些细微的上升。因此科学家认为，这一结果只有用暗能量才能予以解释。

威尔金森微波各向异性探测器的主要观测数据（观测宇宙微波背景辐射的微小变化），同时还发现了一些暗能量所存在的直接证据。作为“大爆炸”的“余烬”，宇宙微波背景的辐射大约在“大爆炸”后38万年才产生，不过其中的光子在宇宙当中穿行时会经历一系列的物理过程，特别是在经过质量较大的星系时，这些光子将会遭遇“引力陷阱”。通过探测结果所显示，宇宙年龄约为138.2亿年，宇宙由26.8％的暗物质，68.3％的暗能量，4.9％的普通物质所组成。同时在宇宙中所占比例最多的东西反而是人类目前最难了解的东西，尽管人类发射了众多探测器，但至今所获得的数据仍然没有突破性的进展，仍然无法解开暗物质与暗能量的谜题。

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本文选自：今日头条

wangtao123

少量普通物质和能量沉浸在暗物质和暗能量的海洋中。普通物质间的能量交换，光的传播，离不开这海洋。