暗物質(zhì)和暗能量

　　不久前，美國航空航天局發(fā)表了最新的微波宇宙全圖，初步分析顯示宇宙的年齡為137億年，誤差為1％。第一代的恒星在大爆炸后2億年開始發(fā)光。
　　宇宙在“嬰兒期”的時(shí)候，光子和物質(zhì)結(jié)合在一起，滿宇宙一片黑暗。一直到了宇宙大爆炸之后約30萬年，宇宙開始降溫，光子擺脫物質(zhì)的束縛發(fā)散出來，宇宙各處的星球開始發(fā)光。隨著宇宙的膨脹，這其中的一部分光子轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒉?，現(xiàn)在我們接收的宇宙微波背景輻射是在大爆炸后38萬年發(fā)射出來的。天文學(xué)家測量這些宇宙微波后繪出宇宙微波背景圖，之所以被稱為“背景圖”，是因?yàn)槲覀冇^察者不論往哪一方向看，皆可偵察到微波的存在。
　　上面是一張最新的微波宇宙全圖，是美國航空航天局的科學(xué)家查爾斯·本勒特領(lǐng)導(dǎo)的研究小組與普林斯頓大學(xué)科學(xué)家大衛(wèi)·斯佩格爾共同整理出來的，全部資料來自微波各向異性探測衛(wèi)星的最新發(fā)現(xiàn)。微波各向異性探測衛(wèi)星于2001年6月進(jìn)入太空，它的運(yùn)行軌道距離地球約160萬千米，主要用于觀察宇宙微波背景輻射。其實(shí)，美國最早于1989年就發(fā)射了探測宇宙微波的衛(wèi)星，這個(gè)衛(wèi)星被叫做“宇宙背景輻射探測衛(wèi)星”。由于技術(shù)方面的原因，當(dāng)時(shí)這個(gè)衛(wèi)星繪制的微波宇宙只是一張草圖，精度確實(shí)不夠高。因此，美國從1996年開始研制微波各向異性探測衛(wèi)星，與宇宙背景輻射探測衛(wèi)星相比，微波各向異性探測衛(wèi)星有著十分顯著的優(yōu)點(diǎn)，技術(shù)上有了巨大的突破。
　　微波各向異性探測衛(wèi)星觀察了形成于大爆炸后38萬年的宇宙微波背景輻射情況。根據(jù)科學(xué)家的推算，宇宙微波背景輻射目前的平均溫度僅有2.73K(絕對(duì)溫度)，并且在天空各方向存在一些特別微小的變化(只有平均值的十萬分之一)，一般認(rèn)為今日復(fù)雜的宇宙結(jié)構(gòu)可能起源于這些微小的溫度起伏，這些數(shù)據(jù)不僅可以提高科學(xué)家精確估計(jì)恒星形成的時(shí)間，更將幫助科學(xué)家了解宇宙的特性，并證實(shí)了宇宙大爆炸理論。
　　宇宙微波背景輻射不但可以測定宇宙的年齡，還可以測定宇宙的形狀。進(jìn)一步的探測結(jié)果證實(shí)，宇宙像銀河系一樣是扁平的，而且一直在不斷地膨脹，“嬰兒期”宇宙的大小只有現(xiàn)代宇宙的千分之一。另外，一些科學(xué)家根據(jù)探測結(jié)果分析，宇宙是有限的，像一個(gè)大圓盤一樣?？茖W(xué)家通過微波宇宙圖了解到宇宙中原子占4％，暗物質(zhì)比例為23％，剩下的73％全部是暗能量。
　　
　　暗物質(zhì)
　　
　　天文學(xué)理論認(rèn)為：宇宙中除了存在常見的各種發(fā)光的星體外，還存在著一種既不發(fā)光，又不與光發(fā)生作用，卻具有萬有引力的物質(zhì)，即暗物質(zhì)。暗物質(zhì)在宇宙中占23％，它們像膠一樣，維系在星系之間，保持著宇宙物質(zhì)間的秩序。由于這些暗物質(zhì)不發(fā)光，很難讓人感受到它的存在，直到20世紀(jì)30年代，科學(xué)家才從測量星系重量中發(fā)現(xiàn)，原來星系間竟隱藏著這樣一種暗物質(zhì)，占了很大分量。但是關(guān)于暗物質(zhì)的一切，人們都知之甚少。事實(shí)上，科學(xué)家早發(fā)現(xiàn)星系的質(zhì)量似乎比所有恒星、氣體和塵埃的可見質(zhì)量要大得多，那么，肯定還有某種物質(zhì)尚未被發(fā)現(xiàn)，這些物質(zhì)又究竟是什么?暗物質(zhì)由于它不發(fā)光(包括可見光、無線電波、微波、X射線和γ射線等)，所以人們就無法利用光來觀測它。暗物質(zhì)是由什么組成的?它有什么性質(zhì)?它在宇宙演化中的作用如何?它和現(xiàn)在已知的各種天體的關(guān)系又如何?對(duì)此，人們還知之甚少。目前人們搜索暗物質(zhì)的目標(biāo)是尋找超對(duì)稱粒子，若能夠成功，其意義不亞于發(fā)現(xiàn)反物質(zhì)。
　　2006年2月6日，英國《獨(dú)立報(bào)》報(bào)道，英國天文學(xué)家經(jīng)過3年的觀察和研究發(fā)現(xiàn)，宇宙的暗物質(zhì)其實(shí)有很多“有悖常理”的特點(diǎn)，這其中最難以理解的特點(diǎn)就是它竟然是“熱”的。因?yàn)榇饲翱茖W(xué)家都認(rèn)為暗物質(zhì)是冰冷的，是一些死亡、遲鈍的宇宙“礦泥”，但是此次研究發(fā)現(xiàn)，暗物質(zhì)其實(shí)也有溫度，它的溫度甚至比太陽表面的溫度還高。來年英國劍橋的科學(xué)家假設(shè)，如果暗物質(zhì)是由氫原子組成的，那么它的溫度就可能達(dá)到10000℃，它會(huì)放出很耀眼的光芒。但是實(shí)際上，盡管暗物質(zhì)有那么高的溫度，卻放不出光來。對(duì)于這一點(diǎn)，科學(xué)家感到很費(fèi)解。
　　
　　暗能量
　　
　　暗能量的概念最早是由愛因斯坦提出來的，但后來愛因斯坦把這個(gè)概念說成是他科學(xué)生涯中的大錯(cuò)誤，因?yàn)樗茐牧藦V義相對(duì)論的優(yōu)美性。從那以后，暗能量成了科學(xué)家爭論的話題。
　　現(xiàn)在，科學(xué)家明確了宇宙組成物質(zhì)的比例是：4％是原子，也就是形成各星球上的物質(zhì)；23％為不知名的黑色物質(zhì)，即暗物質(zhì)；73％為一種神秘的黑色能量，也就是暗能量?？茖W(xué)家一般認(rèn)為，暗能量不是物質(zhì)，而更接近能量。根據(jù)計(jì)算，常規(guī)物質(zhì)和看不見的暗物質(zhì)加起來并不足以構(gòu)成整個(gè)宇宙。剩余成分就是暗能量。而且，最新證據(jù)，這種暗能量可能占宇宙總能量的2／3，它正在把宇宙中的星系及星系中的一切以史無前例的速度相互分離。
　　暗能量是如何被發(fā)現(xiàn)的呢?科學(xué)家主要是通過觀測類星體后獲得的。類星體體積相對(duì)較小而能量巨大。質(zhì)量巨大的類星體會(huì)導(dǎo)致經(jīng)過它們附近的光線等發(fā)生彎曲，使成像產(chǎn)生扭曲和變形，這一原理與光學(xué)透鏡類似，因而被稱為“引力透鏡”效應(yīng)?？茖W(xué)家借助設(shè)立在英國和美國的一些大型射電望遠(yuǎn)鏡，共對(duì)數(shù)千個(gè)遙遠(yuǎn)類星體進(jìn)行了觀測，結(jié)果驚異地發(fā)現(xiàn)平均每700個(gè)類星體中就有一個(gè)受到“引力透鏡”的影響，其射電信號(hào)會(huì)發(fā)生彎曲，最終出現(xiàn)二個(gè)以上的“虛像”。科學(xué)家于是認(rèn)為，這也許只有暗能量才能解釋。負(fù)責(zé)這一研究的英國曼徹斯特大學(xué)的伊恩·布朗教授說：“宇宙由暗物質(zhì)所統(tǒng)治，這想法太奇怪了，值得大家去仔細(xì)研究驗(yàn)證?！?br/>　　至于，為什么我們感受不到暗能量，科學(xué)家給出了這樣的解釋：在任何一個(gè)給定的空間里，暗能量的量很小，因此它的作用在日常生活中不能被感覺出。但在廣漠的宇宙空間中，其效果將非常強(qiáng)大，足以使星系和星系簇分離開。暗能量能使宇宙抵抗著引力而擴(kuò)大，是推進(jìn)宇宙膨脹的神秘力量。
　　最近的科學(xué)觀測發(fā)現(xiàn)，宇宙正處于一種加速的膨脹中，所有遙遠(yuǎn)的星系都在飄離我們而去，并且飄離的速度越來越快!那么是什么樣的力量使宇宙在不可遏制地膨脹?研究表明，這就是澎湃在宇宙所有角落的神秘暗能量。
　　宇宙被暗能量所控制，而我們卻看不到它?？茖W(xué)家的說法是：我們一般人通常把星系之間沒有物質(zhì)的真空地帶想象成“什么也沒有”，但是，在理想狀態(tài)下，如果我們從星際空間中把其中存在的稀少的物質(zhì)粒子全部移走，然后將所有穿過這個(gè)區(qū)域的輻射也全部屏蔽出去，再把這個(gè)區(qū)域徹底冷卻到絕對(duì)零度，這樣得到的空洞空間仍然會(huì)有某種殘余的能量，這就是暗能量。
　　因此，有些科學(xué)家把暗能量稱為“真空能”。暗能量可能提供了宇宙四種基本力(引力、電磁力、強(qiáng)力、弱力)之外的一種新的基本力——排斥力。
　　目前，關(guān)于暗能量的來源主要有二種理論：
　　第一種觀點(diǎn)認(rèn)為，暗能量類似愛因斯坦“宇宙常數(shù)”所假設(shè)的，是一種從真空中彌漫出來的能量，不會(huì)隨時(shí)間改變，強(qiáng)度固定。
　　第二種觀點(diǎn)認(rèn)為，暗能量與一種變化的動(dòng)態(tài)能量相關(guān)，能量導(dǎo)致目前宇宙加速膨脹。
　　但大多數(shù)科學(xué)家主張第一種觀點(diǎn)，因?yàn)槿藗儼l(fā)現(xiàn)暗能量有一個(gè)奇怪的特性，就是空間無論怎樣擴(kuò)張，其密度總是恒定不變，而不會(huì)隨著空間的擴(kuò)大而稀薄?？臻g每擴(kuò)大一點(diǎn)，真空中的暗能量也就隨之增加一點(diǎn)，空間擴(kuò)大的地方，就是暗能量產(chǎn)生的地方。與之相比，宇宙空間的物質(zhì)總量卻是基本恒定的，當(dāng)空間不斷擴(kuò)大，物質(zhì)的密度就會(huì)不斷下降，物質(zhì)在宇宙中越來越稀薄。很明顯可以看出，隨著宇宙空間的擴(kuò)張，暗能量在宇宙中所占的比例將會(huì)越來越大。它所產(chǎn)生的宇宙斥力也越來越強(qiáng)大，很快就超過宇宙中的萬有引力，使宇宙的膨脹速度不斷加快，直到最后失控，結(jié)果把星系、恒星、行星、原子等一一撕裂，形成一場宇宙大崩裂!最后，時(shí)間也將終止。
　　之后還會(huì)發(fā)生什么?宇宙會(huì)再循環(huán)聚合嗎?一切都不再可