宇宙的成分：宇宙是由哪些基本物质构成的？

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宇宙几乎完全由暗能量、暗物质和普通物质组成。其它为电磁辐射（估计占宇宙总质量的0.005%到接近0.01%）和反物质。

我们现在知晓，宇宙中的一切我们所见的普通物质都是由原子所构成的。从微观世界的基本粒子，如我们熟悉的电子（轻子），夸克以及我们不熟悉的玻色子等等。到宏观世界我们肉眼所能看见的整个宇宙物质结构，如星系星云等等。





位于后发座的NGC 4414是一个典型的漩涡星系，直径55,000光年，距离6,520万光年。图片来源：哈伯太空望远镜NASA／ESA。
宇宙物质成分的概述
在宇宙的历史进程中，各种物质和能量的比例都在发生着变化。在过去的20亿年中，宇宙内所产生的电磁辐射的总量减少了1/2。今天，普通物质包括原子、恒星、星系以及生命只占到宇宙总含量的4.9%。目前这类物质的总密度很低，大约每立方厘米4.5×10的-31次方克，相当于每四立方米体积中只有一个质子的密度。目前我们所能了解的暗能量和暗物质是未知的。暗物质是一种尚未被确认的神秘物质，占到宇宙物质含量的26.8%。而暗能量是真空空间的能量，就是它导致了宇宙膨胀的加速，大约占到宇宙总含量的68.3%。





冷暗物质模式下星系团、大尺度纤维状结构与暗能量的构成图。本图显示了4,300万秒差距（1.4亿光年）范围内，红移值从30至现今的结构演化（左上z=27.36至右下z=0）。图: Andrey Kravtsov (the University of Chicago) and Anatoly Klypin (New Mexico State University)
基本物质、暗物质和暗能量在整个宇宙中均匀地分布在长于3亿光年左右的大尺度空间上。然而，在较短的大尺度上，物质趋向于层级聚集（一层层的）；首先是许多基本原子（如氢）凝聚成恒星，接下来大多数恒星又会凝聚成星系，大多数星系凝聚形成星系群。更多的星系群形成星系团、更多的星系群加星系团形成超星系团，最后是大尺度纤维状结构。我们的可观测宇宙包含了大约3×10的23次方颗恒星和1000多亿（10的11次方）个星系。典型的星系中恒星数量从最少的1000万（10的7次方）颗恒星的矮星系到具有10000亿（10的12次方）颗恒星的巨大星系。在较大的结构之间存在空洞，其直径通常为3300万～4亿9000万光年。银河系位于本地星系群中，而本地星系群又位于拉尼亚凯亚超星系团中。这个超星系团范围达到5亿光年，而本地星系群范围约1000万光年。宇宙中也有惊人的巨大空洞，也就是什么也没有，可能只有暗物质或暗能量，现目前已知的最大空洞范围达到180亿光年。




一幅地球附近的超星系团与空洞地图。图片作者：Richard Powell
宇宙中的暗能量
目前我们知晓宇宙正在加速膨胀，但是对宇宙膨胀为什么加速的解释目前仍然是难以捉摸的。不过我们目前多少知道一点，它可能是由于“暗能量”造成的，一种未知的能量形式，被假设为能穿透空间。在质量-能量等效的基础上，暗能量的密度(~7×10的-30次方g/cm3)远小于星系内普通物质或暗物质的密度。然而，在当前的暗能量时代，它支配着宇宙的质能，因为它在空间上是均匀的。
宇宙中的暗物质
暗物质是一种假设的物质，在整个电磁波谱中是不可见的，但是它占据了宇宙中大部分的普通物质。暗物质的存在和性质是从其对可见物质、辐射和宇宙大尺度结构的引力效应中推断出来的。除了中微子（一种热暗物质），其它暗物质还没有被直接探测到，这使得它成为了现代天体物理学中最大的谜团之一。暗物质既不发射也不吸收任何显著水平的光或任何其他电磁辐射。暗物质估计占宇宙总质量-能量的26.8%，占宇宙总物质的84.5%。
宇宙中的普通物质
宇宙中剩余的4.9%的质量-能量是普通物质，也就是原子、离子、电子以及它们形成的物质。这里面包括了恒星，我们从星系中看到的所有光几乎都是由恒星自身发出的，以及还包括星际和星系间的星际气体、行星和日常生活中所有可以碰撞、触摸或挤压的物体。事实上，宇宙中绝大多数的普通物质是看不见的，因为宇宙中的星系和星系团内的可见恒星和气体的普通物质的质量-能量密度只占据了不到10%。
普通物质通常存在于固态、液体、气体和等离子体四个状态（或相）中。然而，随着实验技术的进步，新的物质状态被呈现出来，如玻色-爱因斯坦凝聚态和费米子凝聚态。
普通物质由两种基本粒子组成：它们是夸克和轻子。例如，质子由两个上夸克和一个下夸克组成；中子由两个下夸克和一个上夸克组成；电子是一种轻子。原子由原子核组成，原子核由质子和中子组成，而电子则围绕原子核运转。因为原子的大部分质量都集中在由重子组成的原子核中，所以天文学家经常用重子物质这个术语来描述普通物质，这个“重子物质”的另外一小部分是由电子云构成。
大爆炸后不久，早期宇宙的夸克-胶子等离子体（quark–gluon plasma）已经冷却到两万亿度以下，这时原始的质子和中子开始形成。几分钟后，在一个被称为太初核合成（Big Bang nucleosynthesis）的过程中，原始质子和中子开始形成原子核。这种核合成形成了较轻的元素，那些原子序数较小的形成到锂和铍等轻元素，然而较重元素的丰度随着原子序数的增加而急剧下降。此时可能已经形成了一些硼元素，但下一个较重的元素，碳，没有形成显著的量数。由于宇宙的膨胀导致温度和密度的快速下降，因此大爆炸核合成在大约20分钟后停止。一些重元素（金属量）的后续形成是由恒星核合成和超新星核合成引起的。


参考资料
1.WJ百科-英文版
2.天文学名词


文章作者：零度星系（天文在线）
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编辑用时：2018年09月12日-2018年09月13日
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最后更新：2018年12月21日星期五
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三个捌

引力场算不算物质？引力波也有能量啊。

孤独雁1

没看懂→_→

阿呜O

物质无限可分的解——量子宇宙

思维或意识的本原——量子宇宙的局域等值变换
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北京愤怒羔羊猩

个人简介，1.宇宙的构成基础是什么？答：能量。