03.01 我們所知道的“元素”在宇宙中佔比多少?宇宙是由元素組成的嗎?

魅亞勝


人類目前已經發現或合成了118種元素,這118種元素構成了七個週期。可以想象,地球上的絕大部分物質都是這些元素組成的。其餘的會是一些特殊的物質態或基本粒子,但均已被人類所認知。擴展到太陽系,我們也可以很好地得到各種物質的佔比。那麼再往大的看,銀河系、甚至整個宇宙是不是也是由所謂的“元素”主要構成的呢?

圖1. 目前已經發現或合成的元素

答案是否定的。事實上,已經物質在宇宙總物質中佔比很少。宇宙中的暗能量和暗物質佔了宇宙的絕大部分。暗能量佔比73%,暗物質佔比23%,剩下的才是普通物質的佔比,其中不發光物質3.7%,發光物質0.4%。換句話說,宇宙中99%以上的物質能量並不是我們熟悉的恆星或星系,而是看不見的東西。

暗物質存在於星系內部及其外圍,它讓星系的質量比理論預言的要多很多。暗物質自上個世紀70年代被天文學家確定存在,至今仍然沒有弄清楚它的本質。或者只有粒子探測器證明了它的存在之後,它神秘的面紗才能最終被揭開。

與暗物質不同的,暗能量更是讓人不可思議。它在宇宙中的佔比是最主要的,達到了73%。科學家為什麼要假設暗能量的存在呢?按照已有的宇宙學知識,由於引力的存在,宇宙現在雖然在膨脹,但應該是在加速膨脹。意外的是,天文學家通過觀測發現,宇宙的膨脹居然是在加速進行。這使得我們不得不重新考慮現有的理論是否完整,並最終使得科學家提出了暗能量的假設。

到底什麼是暗能量呢?科學家也沒有一個準確的認識。目前為止,關於宇宙的更完整理論有多位候選者,其中弦理論最佔優勢,但即使是弦理論也遠沒有成為主流被大家認可的科學。一切的一切都有待進一步的探究。

圖2. 大尺度下暗物質分佈的模擬圖


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