暗物质和暗能量有什么区别？

我们宇宙的大部分都隐藏在视线之内。虽然我们看不见也摸不着，但大多数天文学家认为，宇宙的大部分由暗物质和暗能量构成。但这些神秘的、看不见的物质是什么？它们和又有什么区别？简而言之，暗物质减缓了宇宙的膨胀，而暗能量则加速了宇宙的膨胀。

暗物质的作用力是一种吸引力——一种将宇宙维系在一起的宇宙水泥。这是因为暗物质确实与引力相互作用，但它不反射、吸收或发射光。与此同时，暗能量是一种排斥力——一种反引力——它驱动着宇宙不断加速膨胀。

暗能量是两者中占主导地位的力，约占宇宙总质量和能量的 68%。暗物质占 27%。其余的——可怜的 5%——是我们每天都能看到和互动的所有普通物质。

暗物质

20 世纪 30 年代，瑞士出生的研究了组成后发座星系团的约 1000 个星系的图像——他注意到它们的运动有些奇怪。这些星系运动得如此之快，以至于它们本应飞散开来。他推测某种“暗物质”将它们束缚在一起。

几十年后，和 Kent Ford 在研究单个星系的旋转速度时发现了类似的现象。星系边缘的恒星应该比中心附近的恒星绕中心运行得慢。我们太阳系中的行星就是这样运行的。相反，他们注意到，星系外围的恒星运行的速度与内围恒星的速度一样快，甚至更快。Rubin 和 Ford 发现了更多证据，表明某种看不见的物质形式显然在维系着宇宙。

“即使是外围的恒星也在以高速运行，”Rubin 曾解释道。“有大量的质量才能使恒星如此快速地运行，但我们看不到它。我们将这种看不见的质量称为暗物质。”

现在，天文学家们还有许多其他证据表明暗物质是真实存在的。事实上，暗物质的存在被广泛接受，它是所谓的宇宙学标准模型的一部分，该模型构成了科学家理解宇宙诞生和演化的基础。没有它，我们就无法解释我们是如何来到这里的。

但这种崇高的地位给宇宙学家带来了寻找暗物质确实存在以及他们的宇宙模型正确的确凿证据的压力。几十年来，世界各地的物理学家一直在使用越来越高科技的仪器来探测暗物质。到目前为止，他们还没有发现任何迹象。

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暗能量

大约一个世纪以来，天文学家一直知道我们的宇宙在膨胀。望远镜观测表明，大多数星系都在彼此远离，这意味着在遥远的过去，星系离得更近。因此，宇宙的膨胀应该在减慢。也许有一天，它甚至会收缩回到自身。

然而，这种想法在 20 世纪 90 年代末被打破了，当时有两个天文学家团队发现了令人费解的事情。研究Ia 型超新星的宇宙学家发现，遥远星系的后退速度比附近星系更快。宇宙不仅仅是在膨胀——膨胀还在加速。

“我自己的反应介于惊奇和恐惧之间，”其中一个团队的领导者，天文学家 Brian Schmidt，在 1998 年告诉《纽约时报》。“惊奇，因为我完全没有预料到这个结果，恐惧，因为我知道大多数天文学家——他们和我一样，都对出乎意料的事物持高度怀疑态度——可能会不相信。”

然而，后续的观测并没有反驳这一观点，反而使暗能量存在的证据更加稳固。事实上，一些暗物质的著名批评者仍然接受暗能量的存在。

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当然，这并不意味着研究人员知道暗能量是什么。离那还远着呢。但得益于阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论，他们可以描述其在宇宙中的作用。爱因斯坦并不知道暗能量，但他的方程暗示了新空间的产生。他还为相对论加入了一个称为宇宙常数的“调整因子”，他添加这个因子——后来又后悔——是为了防止宇宙向内坍缩。这个想法允许空间本身拥有能量。然而，科学家们在地球上从未真正见过这种力。

一些理论物理学家认为，那里存在着一个完整的暗物质粒子和力的领域，等待着被发现。无论暗能量和暗物质由什么组成，它们似乎都在与我们的宇宙进行拔河比赛——既维系着它，又将其拉扯开。