暗能量和暗物质就像宇宙间的幽灵，至于它是什么我们一无所知

空间天文学有一个特别的说法，叫做“两暗一黑三起源”。其中，“两暗”是指暗物质和暗能量，它们占据了宇宙物质的95%以上，但是很难被直接观测。这听起来很神奇，但是其实暗物质和暗能量到目前为止没有什么实质性的研究，科学家之所以提出来这两个东西有很大一部分甩锅的嫌疑，因为他们遇到了完全无法解释的现象。但是把暗物质和暗能量放进去之后，整个世界就豁然开朗，一切都能说得通了。但这两个东西到底存不存在，现在来说还为时尚早，本期我们就来聊聊暗物质和暗能量是怎么被提出来的，以及它们对我们的宇宙有什么影响。


我们知道宇宙一直处在加速膨胀的状态，但我们尚未完全理解宇宙为何会持续膨胀。根据目前人类所掌握的物理法则，宇宙膨胀的速度应该逐渐减缓，最终可能甚至会停止或开始收缩。这是基于牛顿引力定律，因为有质量的物体会相互吸引，所以宇宙中的天体也应该会相互吸引并最终聚集在一起。但是呢，通过天文学家观测，我们这个宇宙在加速膨胀，这让科学家无法理解。即使是在日常生活中，爆炸的产物在经过一段时间后也会减速。那么为什么宇宙的膨胀会加速呢？为了解释这一现象，科学家提出了一种假设性的力量，称为暗能量。暗能量被假设为一种排斥力，与其他四种基本力一样，它也可以影响物质的相互作用。是它在推动我们的宇宙加速膨胀。这么一解释之后完全没毛病，但听下来似乎感觉有点玄乎。毕竟这东西完全没有任何发现，也没有理论支持，只是一种假设存在的力。


那么，我们怎么知道暗能量的存在呢？目前探测暗能量的方法或实验有很多种，主要可以分为两大类：天文观测和实验室实验。天文观测主要是利用暗能量对宇宙膨胀速度、星系分布、引力透镜等现象的影响，来推断暗能量的存在和性质。例如，通过观测遥远的超新星，我们发现它们的亮度和红移与我们预期的不一致，这表明宇宙在加速膨胀，而这需要一种负压的能量来驱动。这种能量就是暗能量。另一个例子是，通过观测宇宙微波背景辐射，我们发现宇宙是平坦的，这意味着宇宙的密度等于临界密度。但是我们观测到的普通物质和暗物质的密度加起来远远不够，还需要有一种能量来填补差额。这种能量也是暗能量。


实验室实验主要是利用高能粒子加速器、超冷原子、光学腔等装置，来模拟或产生暗能量场，从而检验暗能量理论的有效性和可行性。例如，通过在加速器中对撞粒子，我们可能会产生一些新的粒子或场，这些粒子或场可能就是暗能量的载体。另一个例子是，通过在超冷原子中制造出一种类似于宇宙常数的能量，我们可能会观测到暗能量的效应，如引力排斥或负压。关于暗能量究竟是什么，我们还没有确切的答案。它就像是隐藏在宇宙间的幽灵，从种种迹象我们知道应该有这个东西，但是至于它在哪、究竟是什么，我们都一无所知。


暗物质是宇宙中的一种神秘物质，它不发光也不反射光，只能通过引力作用来间接地探测。暗物质的概念最早是由荷兰天文学家奥尔特在1932年提出的。他通过研究发现，银河系中靠近太阳的恒星，它们的速度分布符合开普勒定律，即距离银河系中心越远的恒星，旋转速度越慢。这是因为，恒星的旋转速度取决于银河系内的物质对它们的引力作用，而这个引力作用又和物质的分布有关。如果银河系的物质主要集中在中心区域，那么外围的恒星就会受到较弱的引力，因此旋转速度就会较慢。然而，当他观测了银河系边缘的恒星时，却发现了一个令人惊讶的结果：它们的速度分布与开普勒定律不符，即距离银河系中心越远的恒星，旋转速度并不变慢，而是保持一个大致相同的值。这就好像有一种看不见的力量，把这些恒星牢牢地固定在了一个高速旋转的轨道上。


奥尔特推断，银河系里面存在着一种看不见的物质，它提供了额外的引力作用，使得银河系边缘的恒星能够保持高速旋转。这种看不见的物质就是暗物质。暗物质这个概念一提出来，天体物理学家可以说是皆大欢喜，因为之前很多问题解释不通，就比如星系为什么转起来不散架，宇宙微波背景辐射为什么会是这样，原来都是因为暗物质的存在。暗物质比暗能量好一点的是，我们很容易能通过间接观测来确定这个东西的分布，就比如说星系产生的引力透镜现象。引力透镜效应是指，一个大质量天体在我们和一个更远天体之间时，会弯曲空间和光线，使得我们看到更远天体的形状和位置发生变化。根据引力透镜效应，我们可以推算出前方天体的质量分布。然而，观测结果显示，前方天体的实际质量要远大于其可见光度所反映的质量。这说明前方天体内部有一种不发光也不反射光的物质，对光线产生了强烈的弯曲作用。这种物质就是暗物质。这是间接证明暗物质最有力的方法之一。


除了间接观测，人类还在努力寻找暗物质的直接证据。直接探测暗物质的原理是，暗物质虽然不参与电磁相互作用，但可能会和普通物质发生弱相互作用，导致普通物质的原子核或电子发生反冲，从而产生可探测的信号。为了捕捉到这样微弱的信号，就必须让周围物质相互作用的可能性降到最低。那为了保证实验环境的绝对静默，就得让实验室装置特别冷和安静，并且探测物质也得足够多，这就是探测暗物质的实验室非要建那么深的原因。对暗物质感兴趣的同学应该会听过一些暗物质物理实验室，就比如我国的锦屏暗物质实验室，这就是专门用来直接探测暗物质的。那暗物质怎么探测呢？暗物质其实会和氙原子核产生相互作用，会导致它的原子核发光，简单说就是，如果氙原子平白无故发光了，很有可能就是暗物质造成的。这种发光信号就是我们要寻找的暗物质的直接证据。不过，这种信号很微弱，而且还有很多其他的噪声干扰，所以要想探测到暗物质，还需要很多的技术和创新。


当然，暗物质和暗能量的研究还面临着很多挑战和困难，需要更多的理论和实验的努力。如果我们想要了解宇宙的本质和命运，就必须揭开它们的神秘面纱。关于暗物质和暗能量，你们怎么认为呢！欢迎大家一键三连，本期内容就到这里了，感谢大家观看，我是探索宇宙，我们下期再见。