在人类探索宇宙的漫漫征途中,我们逐渐认识到,我们所熟知的世界,由原子、恒星、星系、行星、树木、岩石和尘埃等物质构成的世界,仅仅是整个宇宙的一小部分。
令人惊讶的是,这些常规物质仅占已知宇宙的不到 5%,而暗物质占比达 25%,暗能量更是占据了 70%。更为神秘的是,暗物质和暗能量都无法被直接观察到,这无疑给宇宙蒙上了一层更加神秘的面纱。
这一事实听起来着实令人匪夷所思。如果情况属实,那么我们日常所能感知和接触到的,不过是真实宇宙的冰山一角。尽管我们对暗物质和暗能量及其性质知之甚少,但它们的存在却是确凿无疑的。科学家通过对宇宙格局的深入研究,发现宇宙中的普通物质数量不足以支撑星系的形成。按照现有的引力理论,可见物质的引力远远不足以形成如此复杂的星系结构,若没有其他物质的作用,行星将会在宇宙中四处散落,而无法聚集形成星系。
在暗物质大量聚集的区域,光线经过时会发生偏折现象,这一现象为暗物质的存在提供了有力证据。这表明,在宇宙中存在着一种既不发光也不反射光的物质,它是 “暗” 的。虽然我们无法直接观测到暗物质本身,但通过这种引力效应,我们能够感知到它的存在。
目前,我们对暗物质的认识更多地集中在它不是什么。暗物质并非普通的不发光物质,否则我们应该能够检测到它发出的粒子;它也不是反物质,因为反物质与普通物质反应时会释放出独特的伽马射线;同时,暗物质也不是黑洞的组成部分,黑洞周围紧密聚集的物质会对周围环境产生显著影响,而暗物质则是较为零散地分布于宇宙之中。总的来说,目前我们仅能确定三点:暗物质是存在的;暗物质会与重力相互作用;暗物质的数量极为庞大。暗物质很可能是由一种复杂且奇异的物质组成,这种物质不受发光物体的影响,与我们以往所认知的物质截然不同。
相比之下,暗能量显得更加神秘莫测。我们既无法直接检测它,也难以对其进行测量,然而它对宇宙的影响却清晰可见。
1929 年,天文学家哈勃通过对遥远星系的观测,发现这些星系发出的光在穿越宇宙的过程中,其波长逐渐向电磁波谱的红色一端移动,即发生了红移现象。并且,他还发现星系越遥远,红移现象越明显,而距离较近的星系红移则相对不明显。哈勃据此推断,宇宙正在不断膨胀,红移的产生是因为光的波长随着宇宙的膨胀而被拉伸。近期的研究进一步表明,宇宙膨胀的速度还在持续增加。这一发现打破了人们之前的认知,原本人们认为重力的拉力会使宇宙膨胀的速度减缓,甚至可能导致宇宙收缩坍塌。
在宇宙膨胀的过程中,空间的性质并非一成不变,而是不断增加。每一处空间都在持续产生新的空间。尽管重力使得物质相互吸引,聚集形成星系,让我们在日常生活中难以察觉到宇宙的膨胀,但这种膨胀确确实实存在于我们周围。只要宇宙中还有未被填满的空间,这种膨胀就会每分每秒地进行。由此可见,暗能量就像是真空空间固有的能量,它的存在比我们所熟知的一切都更为奇特和强大,并且随着时间的推移,其影响力还在不断增强。事实上,空白空间中的能量总量已经超过了宇宙中其他所有物质和能量的总和!
关于暗能量的本质,科学界存在着多种假设。一种理论认为,暗能量并非是一种具体的物质,而是宇宙的一种固有性质。
反空间并非一无所有,它拥有自身的能量,这种能量十分活跃,能够促使更多空间的产生。因此,当宇宙膨胀时,更多的空间会填补膨胀所产生的空隙,进而导致宇宙膨胀速度加快。这一理论与爱因斯坦在 1917 年提出的宇宙学常数有着相似之处,宇宙学常数是一种与重力相反的力。然而,当我们试图计算这种能量的大小时,得到的结果却与实际观测相差甚远,而且极为怪异,这无疑让暗能量的本质变得更加扑朔迷离。
另一种猜想认为,反空间中充满了短暂存在的虚拟粒子,它们不断地从虚无中产生,又迅速在虚无中湮灭。这些粒子产生的能量有可能就是暗能量的来源。此外,暗能量也可能是一种尚未被人类认知的动能,它弥漫于整个宇宙空间,但其作用效果却与普通物质相反。即便这种假设成立,我们目前也对它的性质、分布位置以及检测方法一无所知。
尽管我们对暗物质和暗能量提出了各种假设,但这些都还仅仅停留在假设阶段。这无疑让我们感到有些挫败,但同时也正是因为如此,暗物质和暗能量成为了科学研究的前沿领域,这也激发了科学家们的探索热情。
它让我们深刻认识到,尽管人类常常自诩为万物之灵,但在浩瀚无垠的宇宙面前,我们不过是宇宙中某个角落里拿着智能手机的 “猩猩”,偶尔仰望星空,思索宇宙的奥秘。这也提醒着我们,人类在探索宇宙的道路上,还有漫长的征程等待我们去跨越,还有无数的未知等待我们去揭开。