天文科普：2分鐘，帶你快速了解什麼是暗物質和暗能量？

2023-04-01 08:55:54 1

不到5%的宇宙是由我們每天都知道的物質組成的，比如樹木、巖石、原子、行星、恆星、星系和我們。在整個宇宙中，大約25%是暗物質，70%是暗能量。暗物質和暗能量無法被觀察到，這意味著我們接觸的世界只佔很小的一部分。更糟糕的是，我們不知道暗物質和暗能量是什麼，也不知道它們是如何工作的！但是我們非常確定它們的存在。

為什麼我們知道暗物質的存在？原因是暗物質可以穩定星系！在我們對宇宙結構的分析中，我們發現可以觀察到的「普通物質」不足以維持宇宙的穩定存在，來自「普通物質」的引力不足以形成像星系一樣的複雜結構。

如果我們僅僅依靠「普通物質」的重力，那麼恆星之間的分布將會更加鬆散，它們將會到處擴散，這將導致星系的形成。因此，我們確信一定有什麼東西維持著星系的結構。某物被稱為「黑暗」，因為它不發光也不反光。除了計算暗物質的存在，我們還能看到它的微小跡象。當光穿過暗物質高度集中的地方時，它會扭曲。因此，我們確信有某種東西存在並將與重力相互作用。

既然我們對暗物質有了更好的理解，那它是什麼呢？我們知道暗物質不是沒有光源的普通物質，因為普通物質發射出我們可以觀察到的粒子。暗物質也不是「反」物質，因為反物質會與普通物質發生反應，發出特殊的伽馬射線。暗物質也不是由黑洞組成的。黑洞是緻密的物體，會嚴重影響周圍環境。然而，暗物質似乎分散在宇宙各處。暗物質可能由一些複雜而特殊的粒子組成，這些粒子不會與光和普通物質發生反應。然而，目前我們真的不知道它是什麼。基本上，我們目前只能確定關於暗物質的三件事:第一，有東西存在。其次，它會與重力相互作用。第三，它們數量眾多。

暗能量更加奇怪和神秘。我們不能探測、測量或觸摸它，但我們可以非常清楚地看到它的影響。1929年，埃德溫·哈勃研究了遙遠星系發出的光的波長，發現光穿過宇宙後出現紅移。哈勃發現更暗、更遠的星系會有更大的紅移，而更近的星系會有更小的紅移。哈勃堅信紅移的發生是因為宇宙在膨脹，紅移的發生是因為宇宙膨脹時光的波長被拉長了。

近年來的研究報告顯示，宇宙正在加速膨脹。在此之前，人們認為重力會減緩宇宙的膨脹，甚至會坍縮到某一點。由於膨脹，空之間的空間沒有改變其性質。宇宙的膨脹只會使空之間的空間變得更大！年輕的新細胞總是誕生在宇宙的各個角落。星系在重力作用下緊密地聚集在一起，所以我們不會感覺到宇宙在星系中的膨脹，但是我們仍然可以看到膨脹的影響無處不在。無論在哪裡，宇宙中隨時都有新的細胞在形成。

因此，暗能量似乎是某種介於空白色空之間的固有能量，暗能量比其他任何東西都更強，而且介於空白色空之間的能量比宇宙中其他所有東西的總和還要多。關於暗能量可能是什麼，我們有很多猜測:一是暗能量不是什麼東西，它只是介於空之間的一個特徵，介於空之間的白色空不是「虛無」，它有自己的能量，介於空白色空之間，它能產生更多的介於空之間的能量，而且相當活躍，所以當宇宙膨脹時，空白色空使更多介於空之間的能量填滿了這個空隙，導致宇宙膨脹得更快，這個猜測接近愛因斯坦在1917年提出的宇宙常數的概念

唯一的問題是，當我們試圖用這種方法計算暗能量時，會出現奇怪的結果，留下更多的謎題和難題。另一種猜測是，介於空白色空之間的是一種暫時的、飄渺的粒子，它會從無到有地不斷形成，然後又消失得無影無蹤。這些粒子的能量可能是暗能量。或者另一種猜測:暗能量是一種未知的充滿整個宇宙的動態能量流體或力場。但不知何故，它對普通物質和普通能量有相反的作用。如果是這樣，我們不知道如何檢測它。所以仍然有許多問題需要解決。