因为人类对宇宙的无知,才有了暗能量和暗物质的假设

自从懂得仰望星空之后,人类就对宇宙充满了好奇,在过去的日子里,人类一直在探索宇宙的奥秘,然而即使到了现在,人类依然对宇宙知之甚少(www.39992.net)。那么人类到底对宇宙了解多少呢?科学家告诉我们,人类能直接观测到的物质和能量只占宇宙总质能的很小一部分,也就是说,其实我们对大部分的宇宙都一无所知。

正是因为人类对宇宙的无知,才有了暗能量和暗物质的假设,根据目前对宇宙的了解,科学家推测暗能量(Dark Energy)和暗物质(Dark Matter)分别占宇宙总质能的68.3%和26.8%,而其余的4.9%才是普通物质(Ordinary Matter)。

对于我们人类来说,暗能量和暗物质既看不到,也摸不着,既然如此,科学家为什么会假设宇宙中存在着暗能量和暗物质呢?

暗能量

1929年,天文学家埃德温·哈勃(Edwin Hubble)通过有力的观测数据确定了宇宙处于一种持续膨胀的状态,在此之后,科学家们就开始研究宇宙到底是怎么样在膨胀,以及膨胀的速度如何。

按照当时的思路,支持宇宙膨胀的能量来自于最初的“宇宙大爆炸”,而宇宙中所有具有质量的物质都会产生引力,这将对宇宙的膨胀进程形成阻碍,因此当时的科学家普遍认为,现在我们所看到的宇宙膨胀应该是处于一种逐渐减缓的状态,至少也应该有这方面的趋势。

1998年,两个互不相关的天体物理学家团队的研究成果都表明,宇宙的膨胀并没有减缓的趋势,与之相反,宇宙正在加速地膨胀,而这也就意味着,在宇宙中占主导的并不是引力,而是一种神秘的“斥力”。

在接下来的日子里,人们又通过宇宙微波背景辐射(CMB)、重子声学震荡(BAO)等其它的方式确定了宇宙确实是在加速膨胀,而1998年的那两个研究团队也因此获得了2011年的诺贝尔物理学奖。

导致宇宙加速膨胀的“斥力”是怎么产生的呢?科学界的主流观点认为,宇宙空间中可能存在着一种未知的能量,正是它导致了宇宙的加速膨胀,而这种未知的能量就被命名为“暗能量”。至于暗能量到底是什么,就目前的情况来看,我们人类对其可以说是一无所知。

暗物质

早在20世纪初,人们就陆续发现了一些星系中的恒星的运动模式很不合理,因为它们的速度比想象中要快得多,从理论来讲,如果以这样高的速度运行,它们应该早就脱离了当前的运行轨道(因为星系的引力不足以把它们约束在当前的轨道上)。

这似乎说明了,这些恒星受到了某种人类探测不到的物质所产生的引力的影响,由于这种物质是不可观测的,人们就将其称为“暗物质”,根据计算,星系中暗物质的质量比可观测的物质的质量大好几倍。

然而这在当时并没有引起太多的关注,原因就是那时的观测水平有限,像这种“不合理”的天文现象可谓是比比皆是,直到时间到了20世纪70年代,天文学家维拉·鲁宾(Vera Rubin)在对仙女座星系进行了高精度的测量之后,暗物质才逐渐引起了科学家们的重视。

简单来讲,鲁宾首先确定了仙女座星系的旋转速度比理论值的上限还要大很多,位于其边缘的恒星更是如此,在后续的研究工作中,她又在其它的大约100个星系中发现了同样的情况,这表明了在这些星系中很可能存在着大量的暗物质来提供额外的引力,否则的话,它们早就因为高速的旋转而分崩离析了。

刚开始的时候,人们怀疑所谓的暗物质只不过是恒星消亡后留下的残骸,但这种观点很快就被否定了,因为科学家发现暗物质对光是完全透明的。也就是说,暗物质只会产生引力效应,却不会阻挡光线的传播。

根据广义相对论,引力的本质是时空的弯曲,这就意味着,当光线“路过”暗物质密集的区域时,其传播路径会被暗物质的引力弯曲,而由于暗物质对光线又是透明的,这样就会形成一种特殊的“引力透镜”。

通过对这种“引力透镜”的观测,科学家就可以推测出暗物质团的质量、形状以及运行姿态,从而“看”到暗物质。

现在的我们只知道宇宙中暗物质的总质量远远大于普通物质的总质量,它们属于高度稳定的物质,几乎不会参与“电磁相互作用”以及“强相互作用”,可能会参与“弱相互作用”,却能够产生与之质量匹配的引力。而人类对暗物质的了解也就到此为止,至于暗物质到底是什么,我们仍然是一无所知。

小结

浩瀚的宇宙中隐藏着太多的神秘,人类对宇宙了解得越多,就越明白自己的无知,从目前的情况来看,我们对大部分的宇宙都一无所知,正因为如此,我们才有了暗能量和暗物质的假设。

从本质上来讲,暗能量和暗物质的假设只是人类在探索宇宙的过程中所建立的自洽模型,或许在未来,人类会发现它们是不存在的。相信随着科学的进步,迟早有一天人类会了解到其中的奥秘。

好了,今天我们就先讲到这里,欢迎大家关注我们,我们下次再见。

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