[科普中国]-暗物质与暗能量

暗物质与暗能量

暗物质（ Dark Matter ）是一种因存在现有理论无法解释的现象而假想出的物质，它占据宇宙物质的1/4左右，是组成宇宙的重要部分和理解宇宙起源的关键。而暗能量（ Dark Energy ）是假想的一种驱动宇宙运动的能量，它将宇宙向外推，占据宇宙3/4的物质能量。

初看这段话，大家也许并不能理解，而我们可以用简单通俗的语言来表达这种科学现象。

我们理解的“物质”名词，可以举例原子、树木、恒星、星系等等，但是这些物质只占据宇宙的5%左右，而剩下的暗物质与暗能量我们都无法用肉眼看见且就连目前最先进的仪器也不能让它们现身，那人类是如何发现它们的呢？

暗物质

众所周知，我们的宇宙是由大爆炸产生的，在大爆炸后的初期，宇宙由于爆炸产生的威力，就像一个被炸开了的水球，里面的水飞快地四射出来，造成了宇宙加速膨胀的状态。由于暗物质和可见物质之间的距离非常近，此时的暗物质就像一个伪装起来的侠客，和可见物质一起被大爆炸飞射出去。在物质四溅的时候，少量可见物质的引力加上大量暗物质的引力使得所有物质能从四面八方聚集起来，逐渐形成了星球、星系和星系团。

看到这里，也许大家会很疑惑，既然暗物质看不见也摸不着，那科学家是如何确定暗物质的存在与作用呢？

因为已知物质占比很少，仅靠星系团中可见星系的质量产生的引力是无法将星系束缚在星系团内的；并且，可见星系的外围区域里星体的旋转运动速度比应产生的速度要快许多，这就说明我们计算的不是全部星系，还有大量的其它物质没有计算。而这些其它物质命名为“暗物质”。

暗能量

令人惊讶的是，宇宙膨胀速度非但没有在自身重力下变慢，反而在一种看不见的、无人能解释的、神秘力量的控制、推动下变快，这种力量便是暗能量。“暗能量”相比较暗物质更为奇特，因为它只有物质的作用效应而不具备物质的基本特征，虽然目前仍然不能被人们检测到，但是人们可以凭借理性思维预测并感知到它的存在。

那么，暗能量是如何做到让宇宙加速膨胀的呢？

因为暗能量与光会发生中和作用。当暗能量与光发生反应时，作用域内的物质质量会减少，由于宇宙空间不断发生的中和反应，作用域内的物质质量不断减小致使引力被抵消掉，引力减小后导致宇宙受到的束缚力减小，从而导致了宇宙膨胀，并由于暗能量的占比之大，更是导致了宇宙的加速膨胀。

虽然科学家们只能通过间接手段，观测一些宇宙结构和物质受引力的影响以及探测辐射来研究暗物质与暗能量，但科学家们针对这一发现，也提出了他们的思考与假设。

暗能量在宇宙中更像是一种无处不在且至关重要的隐形填充物，它就像是空气相对于人类或者是大海相对于鱼儿一样重要，因为它的存在才能让宇宙加速膨胀，所以在宇宙物理学上它的确表现得更像一个真空。假设真空一旦被证明具备力的属性，那么“真空力”就成为独立于万有引力、电磁力、强核力和弱核力之后在自然界中普遍存在着的第五种自然作用力即“第五种力”，那么真空也就能成为物理学史上已经被抛弃的“以太”！而“以太”其实就是真空的某一种效应；那么真空也就是那个占据整个宇宙96%以上的份额并控制着整个宇宙的神秘能量——“暗能量”。

进程和前景

尽管这一研究进展表明人类对世界的认知知之甚少，但我国科学家们对这一领域充满了信心和干劲。

2008年，由中国科学院牵头，中国科学家团队制订了一个“上天入地到南极”的暗物质和暗能量探测的发展路线图，其中“上天”指暗物质探测卫星，“入地”指四川锦屏地下暗物质探测，“到南极”指在南极昆仑站建设大型天文望远镜来探测。这些项目得到了积极的推进，并取得了丰富的成果。由中国科学院紫金山天文台、中国科学技术大学等单位合作研发的暗物质粒子探测器(DAMPE)卫星于2015年年底发射。基于未来的中国空间站的高能宇宙辐射探测装置(HERD)也处于积极的研发中，并取得了相当好的进展。此外，国内的研究单位在暗能量研究方向也参与了广泛的国际合作。

总之， 今后的几十年将是暗物质与暗能量探测研究的关键时期 , 我相信我国科学家会有所作为 , 积极开展先进探测技术的研发，在暗物质、暗能量探测技术水平方面取得突破性重大成果，为人类做出引领世界的贡献！