我们从来没有看到暗物质和暗能量，为什么我们还相信他们的存在

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原作：Tereza Pultarova

翻译：向艺文

校译：练唯予

编排：赵书晨

后台：李子琦

原文链接：https://www.space.com/what-if-dark-energy-does-not-exist

我们对那些占宇宙能量68%的力量了解出奇的少。

科学家认为我们仅仅知道组成宇宙物质中的5%。

诚然，他们的解读是正确的。根据现有理论，宇宙模型表明暗物质和暗能量肯定占了宇宙组成物质的95%。

宇宙的隐藏部分包括两个组成部分：暗能量和暗物质。后者就没有那么神秘了，科学家们非常确定它的存在：没有暗物质万有引力的规则就不会起作用。如果只存在可见物质，我们所看到的星系就不可能在大爆炸后的时间内聚集到现在的大小。事实上，如果只有可见物质的引力将星系聚在一起，它们不会维持现在这样的状态。

欧洲的新空间望远镜欧几里德望远镜将尝试探测这种不可见的物质，但是如果发现不符合预期该怎么办？这事关重大，关系到爱因斯坦著名的、被广泛接受的广义相对论。

上世纪30年代第一个有关暗物质的发现表明，为以防物质分离，暗物质在宇宙中肯定是普遍存在的。从那以后，宇航员发现这种宇宙的暗物质在宇宙物质中肯定至少占85%。科学家几十年来一直尝试探测这种不可见的物质，他们认为，这种物质一定是由某种粒子组成，也许类似于很少与可见物质反应的惰性中微子。

然而，暗能量所在的情况更加复杂。对这种难以琢磨力量的探测要追溯到1988年，那时天文学家发现宇宙正在加速膨胀。膨胀最初是由大爆炸带来的能量所驱动的，但由于大爆炸发生的时间过久（确切地说，大爆炸发生于138亿年前），这种膨胀应该会放缓。

为了回答这一难题，理论学家们假设有一种神秘的力量—暗能量，它与引力相对抗，促使物质分离。根据NASA的数据，宇宙学模型显示暗能量占宇宙总能量的68%。但是天文学家们承认关于暗能量存在的证据有点模糊不清。

英国兰开斯特大学天体物理学教授、欧几里得任务科学家Isobel Hook告诉我们，如果只有重力，那么宇宙的加速膨胀是说不通的。它不应该放慢速度。所以我们现在观测到宇宙膨胀得更快意味着宇宙中一定还有其他的东西存在。只是我们不知道他们是什么，便把它叫做暗能量。

Hook是1998年有所发现的那个团队的成员之一，从那时起，她就像许多其他科学家一样，一直在想这种暗能量到底是什么。

“我们还是没有搞清楚，”她说，“最好的解释是这可能是宇宙本身的某种属性，类似于一种无处不在一直都有的能量，但是还是无法解释这些东西到底是什么。”

模型显示，这种能量一定会均匀地分布在宇宙的每处，并且始终具有相同的强度。在宇宙形成的早期，暗能量的作用不那么明显，这是因为宇宙大爆炸最初的一“踢”促成了大部分的宇宙膨胀。然而，大约50-60亿年前，暗能量才成为“一种与正常物质以及暗物质的引力相对抗的主要力量”，欧洲航天局（ESA）的欧几里得任务经理Giuseppe Racca告诉我们。

Racca说：“有一点让人不安，随着宇宙的扩张，这种暗能量似乎存在恒定的密度，这意味着额外的能量被创造出来。暗能量密度不会因为宇宙变大而被稀释，这意味着额外能量是存在的。

然而，也有一种可能性即：暗能量实际上并不存在，而那些需要暗物质存在而推导的宇宙学模型也是错误的。这些模型建立在爱因斯坦的广义相对论理论之上，通过一系列方程式描绘出宇宙的物理“规则”。如果未来欧几里德太空望远镜（以及其他新设计出来用于研究暗能量的太空望远镜）的观测结果表明，暗能量不是一种恒定且无处不在的力量，就意味着这个著名的理论并不完全正确。

“我们知道广义相对论在系统层面上非常有效，”Racca说，但是有可能，广义相对论在宇宙尺度上不那么有效，因此暗能量也不是必须的。

欧几里德将会通过绘制100亿年前星系的分布图并将其与星系分布的演化情况作比较，来寻找暗物质存在的证据。这些观察将会揭示是否真的存在一个恒定且无处不在的力量在发挥作用或者是否有其他事情在发生。

“我们可能会发现，我们没有在任何地方看到这种恒定的能量带来的影响，但是我们或许在某个地方或某个时间点看到了差异。”Hook说，“那么事情将会变得很有趣，并且这真的将是革命的，因为我们我们必须完全改变我们的理论。”

这意味着发现者可能将获得诺贝尔奖。于7月1日由SpaceX公司的猎鹰九号火箭发射的欧几里德太空望远镜，将用六年的时间去绘制我们银河系以外三分之一的天空。只有到了那时，天文学家才有足够充分的证据确定，存在暗物质和暗能量的推断是否正确。

责任编辑：陈玮菁

牧夫新媒体编辑部

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可观测宇宙的地图

图源：B. Ménard & N. Shtarkman

数据：SDSS，普朗克，JHU，斯隆，美国宇航局，欧空局

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