在宇宙的宏大架构中,常见的元素诸如电子、质子,以及由它们所构建的恒星、行星等,仅占宇宙总质量的微不足道的5%。令人惊叹的是,暗物质占据了25%,暗能量更是高达70%的份额,尽管它们至今仍是科学界的未解之谜。
这一事实令人匪夷所思,仿佛我们所生活的世界只是浩渺宇宙的一个微小片段,对暗物质和暗能量的本质知之甚少。然而,它们的存在是不容置疑的,何以见得?
暗物质是维系星系稳定的幕后英雄。科学家通过考察宇宙的大尺度结构,迅速得出结论,普通物质的数量远不足以形成星系如此复杂的结构。可见物质的引力并不足以把行星束缚在星系中,它们更可能四处飘散。
这表明,在宇宙中必定存在着某些不发光也不反射光的物质,即所谓的暗物质。通过进一步观察,我们得知,当大量暗物质聚集时,它会扭曲经过的光线,从而影响重力。
当前,我们对暗物质的认识主要集中在它非同寻常的性质上,而不是它具体是什么。我们确定它并非普通的不发光物质,否则我们应能检测到它释放的粒子。它也不是反物质,因为反物质与普通物质相遇会释放出独特的伽马射线。它与黑洞也无直接联系,尽管黑洞周围的物质分布有规律,暗物质却似乎分布零散。
因此,我们能肯定的只有三点:暗物质确实存在,它与重力相互作用,并且数量庞大,很可能由某种复杂且奇特的物质构成,不受普通发光物体的影响。
相比之下,暗能量更加神秘莫测,我们甚至无法直接探测到它,无法量度它,但我们可以清晰地观察到它带来的影响。
1929年,哈勃发现,遥远星系的光在穿越宇宙时,其波长会逐渐变长,向电磁波谱的红端移动,这一现象被称为红移。他发现,星系越远,红移越明显。这让我们认识到,宇宙正在膨胀,光的波长在膨胀过程中被拉长。最新的研究还表明,宇宙的膨胀速度正在加快,尽管通常认为引力会减缓膨胀,甚至可能导致宇宙收缩。
然而,在膨胀中,空间的性质不会改变,只是数量不断增加,每个空间点都在不断创造新的空间。引力使得物质能够聚集形成星系,因此我们在日常生活中不会感受到膨胀的发生,但它确实存在于我们的周围。只要宇宙还有未被填满的空间,膨胀就会无时无刻不在发生。
因此,暗能量似乎是空间固有的能量,其力量强大无比,并且随着时间的推移不断增强。空白空间的能量甚至超过了宇宙中所有其他物质的总和!
我们对暗能量的性质有多种猜想。一种观点认为,暗能量并不是一个具体的“东西”,而是宇宙的基本性质。反空间并非空无一物,它拥有自己的能量,活跃不已,不断创造出更多的空间。因此,当宇宙膨胀时,新的空间会填补膨胀所留下的空隙,导致宇宙膨胀速度加快。
这个理论与爱因斯坦在1917年提出的宇宙学常数不谋而合,它是一种与重力作用相反的力量。但问题在于,当我们试图计算这种能量的具体数值时,结果大相径庭,令人困惑不已。
另一个假说是,在反空间中,充满了短暂的虚拟粒子,它们在虚无中产生又湮灭,所产生的能量可能就是暗能量。暗能量也可能是一种未知的能量,遍布整个宇宙,但它与普通物质的作用方式截然不同。即便如此,我们仍然对其性质、位置和检测方法一无所知。
尽管我们对暗物质和暗能量的认识还停留在假设阶段,这或许令人气馁,但它也标志着科学的最前沿。
它提醒我们,即使我们自诩为万物之灵,其实不过是宇宙角落里拿着智能手机的“猩猩”,偶尔仰望星空,探索宇宙的奥秘。人类在探索的道路上,依旧任重而道远!