2018-11-22 06:07:57 佚名

老谷靜舍

儘量避免用專業俗語解釋這兩個概念，以下就用白話說下我對暗物質和暗能量的認知！

首先來說暗物質和暗能量是如何被發現的。

科學家在觀察遙遠星系中的天體運動情況時發現一個異常現象，星系邊緣的天體運動速度很快，而按照我們對星系的理解，越是遠離星系中心，天體的運動速度就越慢！

星系邊緣天體的運動速度如此之快，它們本應該直接脫離星系中心引力的控制飛到外太空，但事實上並沒有。

這說明還有一股力量在拉拽著星系邊緣的天體，這種力量就是暗物質產生的引力！

後來科學家們又發現，暗物質在宇宙裡無處不在，它就像宇宙裡的“膠水”，粘接著普通物質！而且暗物質佔宇宙的20%，而普通物質只佔了5%！

而暗能量更是佔據了宇宙的75%，具有統治性地位。科學家們發現宇宙在加速膨脹，膨脹速度遠超光速，而造成宇宙加速膨脹的力量就是暗能量，有些科學家認為暗能量就是不斷衍生出來的虛無空間！

暗物質和暗能量佔據了整個宇宙的95%，所以它們才是宇宙的統治者，而我們平時所見的普通物質只佔了宇宙很小的一部分！

宇宙探索

我們平時所知的物質都是由原子組成，它們統稱重子物質。然而，宇宙中並不是只有這些重子物質，另外還包括神秘的暗物質和暗能量。雖然暗物質和暗能量都帶個“暗”字，但它們之間並沒有直接的聯繫，這個“暗”表示它們不會與普通物質發生電磁作用，所以目前不能直接探測到它們。下面，就來簡單說一下什麼是暗物質，以及什麼是暗能量。

暗物質

暗物質是一種物質，但不是由普通原子組成，可能是由弱相互作用大質量粒子組成。暗物質可以產生引力作用，但不產生電磁作用，所以現在還沒辦法被直接探測到。那麼，為什麼天文學家會認為宇宙中存在暗物質呢？

當年，天文學家在研究星系中的恆星繞星系中心的運動時發現，遠離星系中心的恆星運動速度並沒有大幅下降，而是保持不變。正常情況下，由於物質之間的引力作用，距離星系中心越遠的恆星，其運動速度應該逐漸變慢。由於星系外圍的恆星運動速度很快，這意味著星系中還存在一種能夠產生引力的物質，否則星系就會分崩離析。於是，天文學家把這種神秘的物質稱作暗物質。據估計，暗物質的含量是普通物質的5倍。

暗能量

暗能量是一種具有排斥作用的神秘能量，它們遍佈在整個宇宙空間。此前，天文學家發現宇宙正在膨脹。由於引力作用，宇宙的膨脹速度應該會逐漸減慢。但天文學家卻發現，宇宙的膨脹速度正在加快，這表明背後有一種驅動力，這就是暗能量。

據估計，暗能量佔到宇宙質能的68%，它們在宇宙層面發揮主導性作用。不過，在小尺度下，還是物質之間的引力作用更強，所以諸如太陽系和銀河系等結構可以穩定存在。

火星一號

什麼是暗物質呢？暗物質是不發光的，但是它有顯著的引力效應。比如，對於一個星系考慮距其中心遠處的天體的旋轉速度，如果物質存在的區域和光存在的區域是一樣的話，由牛頓引力定律可知，距離中心越遠，速度應該越小。可是天文觀測事實不是這樣的，這就說明當中有看不見的暗物質。

目前各種天文觀測和結構形成理論強有力地表明宇宙中有大約三分之一是暗物質。中微子是一種暗物質粒子，它的質量應當非常小，在暗物質中只能佔微小的比例，絕大部分應是所謂的中性的弱作用重粒子。它們究竟是什麼目前還不清楚。理論物理學家猜測，它們可能是超對稱理論中的最輕的超對稱粒子，是穩定的，在宇宙演化過程中像微波背景光子一樣被遺留下來。目前世界各國科學家，例如中意科學家合作組DAMA實驗，丁肇中先生領導的AMS實驗，正在進行著各種加速器和非加速器實驗，試圖找到這種暗物質粒子。

暗能量是近年宇宙學研究的一個里程碑性的重大成果。支持暗能量的主要證據有兩個。一是對遙遠的超新星所進行的大量觀測表明，宇宙在加速膨脹，星系膨脹的速度不象哈勃定律描述的那樣，是恆定的，而是在不斷加速。按照愛因斯坦引力場方程，加速膨脹的現象推論出宇宙中存在著壓強為負的"暗能量"。另一個證據來自於近年對微波背景輻射的研究精確地測量出宇宙中物質的總密度。

但是，我們知道所有的普通物質與暗物質加起來大約只佔其1/3左右，所以仍有約2/3的短缺。這一短缺的物質稱為暗能量，其基本特徵是具有負壓，在宇宙空間中幾乎均勻分佈或完全不結團。最近WMAP數據顯示，暗能量在宇宙中佔總物質的73％。值得注意的是，對於通常的能量（輻射）、重子和冷暗物質，壓強都是非負的，所以必定存在著一種未知的負壓物質主導今天的宇宙。

然而現在物理學的基本理論還無法解釋觀測到的這一暗能量。暗能量是二十一世紀物理面臨的最大的挑戰。物理學對暗能量這種新類型物質的探索才剛剛開始。眾說紛紜，但僅僅是一些猜測和設想，遠沒有形成一個基本合理的解釋。科學家正在計劃發射新的探測衛星，對於宇宙大尺度空間進行更多更精確更系統的觀測，進一步研究宇宙加速膨脹的規律，確定暗能量的形式和物理特徵，不同的暗能量形式將導致非常不同的宇宙膨脹的規律。解決這一問題需要新的理論，這樣的理論一旦被找到，很可能是人們長期追求的包括引力在內的各種相互作用統一的量子理論。這將是一場重大的物理學革命。

綜上所述，研究暗物質、暗能量這些新的問題需要將描述微觀世界的粒子物理與描述宇觀世界的宇宙學結合起來。這一極大與極小的聯繫是21世紀物理學和天文學研究的一個新特點。

天馬行文

可見的宇宙--包括地球、太陽、其他恆星和星系--是由質子、中子和電子組成的。可是這些普通的物質, 或者說這些重子物質, 卻只佔宇宙質量的不到5% 。

宇宙的其他部分似乎是由一種神秘的、看不見的暗物質(25%)和一種能夠驅趕引力的被稱為暗能量(70%)組成。

科學家還沒有直接觀察到暗物質。因為它不與重子物質相互作用, 對光和其他形式的電磁輻射是完全看不見的, 使得暗物質不可能通過當前的儀器被探測到。科學家們相信它存在是因為它對星系和星系團產生了引力效應。

根據標準物理學, 處於旋轉螺旋星系邊緣的恆星的運動速度應該遠遠低於那些靠近銀河系中心的恆星。但是觀測結果表明, 不管恆星在銀河盤中的位置如何, 它們的運行速度大致相同。如果假設邊界恆星正在感受到一個看不見的質量--暗物質的引力效應, 那麼這個令人費解的結果是有道理的。

暗能量更加神秘, 它在20世紀90年代的發現對科學家來說是一個徹底的打擊。以前, 物理學家們認為引力的吸引力會隨著時間的推移而減緩宇宙的膨脹。但是當兩個獨立的團隊試圖測量減速速度時, 他們發現膨脹實際上在加速。一位科學家把這個發現比作把一串鑰匙扔向空中, 以為它們會掉下來——卻看到它們直接飛向天花板。

科學家們現在認為, 宇宙的加速膨脹似乎是由量子波動產生的一種排斥力驅動的。更重要的是, 隨著宇宙的膨脹, 力量似乎越來越強大。由於沒有更好的名字, 科學家把這種神秘力量稱為暗能量。

與暗物質不同, 科學家對暗能量沒有合理的解釋。根據一種觀點, 暗能量是第五種, 也是以前未知的一種基本力, 它像流體一樣充滿整個宇宙。

許多科學家還指出, 暗能量的已知性質與宇宙學常數是一致的, 這是一個數學的補丁, 阿爾伯特 · 愛因斯坦在他的廣義相對論理論中加入了一個數學方程, 使他的方程符合靜態宇宙的概念。根據愛因斯坦的理論, 這個常數是一種排斥力, 它可以抵消引力, 防止宇宙坍塌。愛因斯坦後來放棄了這個想法, 因為天文觀測顯示宇宙正在膨脹, 稱這個宇宙學常數是他的"最大的錯誤"

現在我們看到宇宙的膨脹正在加速, 加入暗能量作為宇宙學常數可以很好地解釋空間-時間是如何被拉開的。但是這種解釋仍然讓科學家們對為什麼這種奇怪的力量會存在一無所知。

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上海科技報科普問答主持人：主任記者吳苡婷

暗物質是指那些無法通過電磁波進行觀測和研究，不與電磁波產生作用的物質。在目前，人們只能透過重力產生的效應得知，而且已經發現宇宙中有大量暗物質的存在。

在早期，人們認為暗物質是一些隱藏起來的一般物質星體，例如黑洞、中子星和衰老的白矮星等等。然而經過多年的天文觀測，一般認為，難以探測的重子物質確實貢獻出了一部分的暗物質，但事實上這類的物質只佔了暗物質的一小部分。而剩餘的部分被稱作“非重子暗物質”。人們認為這些剩餘的部分是由多種不同於一般物質的基本粒子所構成。其中最熱門的一種被稱為“大質量弱相互作用粒子”。這類物質雖然存在於我們的周圍，但從來沒有被我們觀測到過，這是因為它們和普通物質的作用及其微弱。

暗能量假說是當今對宇宙加速膨脹的觀測結果的解釋中被人們普遍接受的一種，它是一種充溢空間、增加宇宙膨脹速度，但卻非常難以察覺的能量形式。它佔據宇宙68.3%的質能。

現如今，它有兩種模型。一種是宇宙學常數，一種是標量場。宇宙學常數是指一種均勻充滿空間的恆常能量密度，而標量場是指一個能量密度隨時空變化的動力學場。而暗能量的存在主要有三個證據支持，雖然都來自於間接推測。第一種是說，遙遠星系距離與紅移量的觀測，顯示宇宙在演化過程的後半段經歷了加速膨脹。第二種是說，實際觀測的宇宙是平坦的，其物質密度應該近似等於大爆炸理論中的臨界密度，但是暗物質和通常物質的觀測總量加起來都遠遠不夠。第三種是說，宇宙大尺度質量密度的傅立葉譜的支持。

目前通常假設，暗能量的密度非常小，在宇宙中各向同性，並且不與通常物質發生任何相互作用（除引力之外）。所以人們很難直接觀測到它。但是暗能量應該充滿了所有的宇宙空間，它佔了宇宙質能總量的68%，這影響了宇宙整體的演化。

科壇春秋精選

在宇宙學中，暗物質（dark matter）又稱為暗質，指無法通過電磁波的觀測進行研究，也就是不與電磁力產生作用的物質。人們目前只能通過引力產生的效應得知宇宙中有大量暗物質存在。從科學家可觀測到的物體、可認知和分析的物質形態來看，宇宙不會是現在這個樣子。為了解釋現實宇宙與原理想模型的差別，科學家提出了暗物質的概念。

暗物質的存在有著很多證據，如星系自轉曲線、星系與星系團觀測、宇宙微波背景輻射的漲落等。1915 年，愛因斯坦根據他的相對論得出推論：宇宙的形狀取決於宇宙質量的多少。在宇宙有限封閉的假設前提下，宇宙中物質的平均密度必須達到5×10-30次方克/ 立方厘米。但是，迄今可觀測到的宇宙的密度，卻比這個值小100 倍。也就是說，宇宙中的大多數物質“失蹤”了，科學家將這種“失蹤”的物質叫暗物質。

暗能量是另一個解釋宇宙運行現實情況與理想模型差別的猜想。1998 年，美國、澳大利亞的科學家通過觀測發現，宇宙是在加速膨脹而不是像此前預測的那樣處於減速膨脹狀態。這樣一個出乎意料的觀測結果，從根本上動搖了人類對宇宙的傳統理解。科學家將這種與引力相反的斥力稱為暗能量。但暗能量的研究仍處於初級階段，科學家根據模型分析認為，我們所熟悉的原子世界僅佔整個宇宙的4%，另有22% 為暗物質，這種物質雖不參與電磁作用，無法用肉眼看到，但仍參與引力作用，可能被探測到。而宇宙物質其餘的74% 則是最為神秘的暗能量，它無處不在、無時不在。整個宇宙彷彿是一鍋又冷又重而且還看不見的暗物質和暗能量湯，暗物質和暗能量聚集的地方才會產生普通物質。

以上是比較正式的解釋，提問者希望得到一個恰當的比喻。我試著給出的就是，暗物質就是我們還不清楚的物質，實際他可能不是一種物質。暗能量就是我們還沒有認識到的能量，實際他可能不是一種能量。

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暗物質和暗能量是在某一時空中時間靜止時留下的物質能量，因為是在靜止時間中，所以我們看不到，只能猜測有這種物質，所以暗物質和暗能量的形成是在於靜止的時空中，靜止時間所定格的那部分物質和能量就是暗物質，暗能量。下面來說說暗物質暗能量的來源。

先說說我們居住的時空維度吧，很多人認為我們是在三維空間中生活，因為這裡有長度，寬度和厚度。但是其實我們是在四維空間中生活，因為我們生存的空間，不僅有長寬厚，還有時間這一維度，所以我們其實是居住在四維空間中。

我們在四維空間中每一刻都是一張靜止的畫面，這些靜止的畫面就是由靜止的三維空間，我們活著到死亡是沿著時間曲線把這無數張靜止畫面連接起來。這些畫面由一張現在，無數張過去組成，現在的畫面不斷變換，過去的畫面不斷增加。

宇宙中當物質速度到了光速時，時間將會是靜止。而宇宙膨脹中很多都以光速移動，這就有不少時空因為速度達到光速而時間變靜止，在時間靜止這片區域內，有星體，塵埃等，但是因為時間靜止，導致我們無法觀測，看到的只是一片漆黑。

所以暗物質和暗能量的形成是在於靜止的時空中，靜止時間所定格的那部分物質和能量就是暗物質，暗能量。

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題主你好很高興回答你的問題。以下是我的答案：

暗物質

顧名思義，暗物質簡單理解就是我們看不見的物質，浩瀚無垠的宇宙抬眼望去日月星辰，這些都是常規物質。科學家根據宇宙中出現的異常現象（萬有引力出現偏差結果等），推斷出可能存在著的一種物質，人類尚無法理解或者說科技上尚無法觀測，但真實存在的一種物質，科學家推斷宇宙中至少百分之八十的質量來源暗物質。中國發射的悟空號探測器的任務就是發現暗物質。

暗能量

著名華裔物理學家、諾貝爾物理學獎得主李政道曾言：暗能量將是二十一世紀物理學面臨的最大挑戰。為了說清楚這個問題，需要說清楚一些概念。

愛因斯坦的廣義相對論場公式反映出宇宙一定處於膨脹或者收縮的狀態，後來由哈勃觀測得出宇宙正在膨脹的結論（紅移、宇宙背景微波輻射）。為了研究宇宙膨脹的速率，科學家們利用觀測超新星的辦法（感興趣自行查找資料），得出了宇宙在加速膨脹的事實（2011年的諾貝爾物理學獎就頒給了這個重大發現的幕後人）。我們知道萬有引力定律的存在，宇宙即使是膨脹，也應該是減速膨脹才對。那現在加速膨脹的事實就說明了，一定存在著其它能量在抵抗者萬有引力，並且看效果比萬有引力大。這份我們無法探知的能量被人稱作暗能量。

（本篇圖片來源網路，侵刪）

現在人類科學家對其的理解是空間產生的一種排斥性引力，距離越遠，效果越明顯。

科學黑洞

首先強調：暗能量，這本來為宇宙大爆炸找藉口，我認為這是子虛烏有，況且至今沒有任何證據。而暗物質，嫣然有太多的疑似證據。

不妨給一個假設與一個計算。假設暗物質是無處不在的真空場物質，可以看成一種體積波。其基本單元或量子是以光速波動的漣子。以氫原子模型為例，粒子明物質與空間暗物質是萬有引斥力的平衡的兩個側面。關於萬有引斥力的證明，在我的前文有詳細證明。

假設引力來自質子自旋離心力對漣子的震盪，漣子像一根繩子，質子半徑是繩子半徑與漣子振幅A0=r=8.5e-15m。一節繩波是背景波長λ0=7.35cm，質量m0=1.26e-39kg。漣子體積V0=πr²λ0=3.14×(8.5e-15)²×0.0735=1.7e-29m³。漣子密度ρ0=m0/V0=1.26e-39/1.7e-29=7.4e-11kg/m³。