暗物质和暗能量的比例是否稳定？

周一 · 知古通今|周二 · 牧夫专栏

周三 · 风月同天|周四 · 观测指南

周五 · 深空探测|周六 · 茶余星话|周日 · 天象预报

翻译：张家媛

编排：陈玮菁

后台：李子琦

https://www.astronomy.com/science/are-the-percentages-of-dark-matter-and-dark-energy-stable/

那些存在于人类， 行星，恒星，和星系之中的普通物质，仅仅构成了宇宙的百分之五。暗物质大约占四分之一，而暗能量则是宇宙中最大的组成部分。

Credit: Astronomy: Roen Kelly, after NIST

宇宙中所有的原子和辐射仅构成宇宙不到百分之五的物质。而剩余的均由两大隐藏且神秘的存在所构成：暗物质和暗能量。它们共同主宰着宇宙的行为。

暗物质存在的证据已经超过了50年。它构成了星系中绝大部分的质量（包括银河系），控制着大尺度的星系间的结构，并相当于27%的宇宙物质。暗物质远超星系中那些可视的部分，这使得星系间得以凝聚在一起。暗物质施加引力，但并不与光发生作用。

天文学家们仍然不清楚暗物质究竟是什么，但是他们已经排除了许多可能性：它不可能是由黑洞，白矮星，自由漂浮行星，太空岩石，或星际尘粒构成。这就只剩下我们唯一的选择：基本亚原子粒子。（或者天文学家也可以选择修改引力定律，不过这对于大部分天文学家是难以接受的）

暗能量正在使宇宙以一个越来越快的速率膨胀。它占据了宇宙物质的68%。在1990年，暗能量的发现令人无比惊讶，这是因为整个宇宙学界都预测，宇宙中所有物质所产生的引力会放缓埃德温哈勃观察到的宇宙膨胀。想象宇宙同时拥有一个刹车（引力）和一个加速器（暗能量），这两者被同时踩下。而如今，加速器的强度是刹车的两倍，所以宇宙正在加速膨胀。

我们对于暗能量的了解远远少于暗物质，但暗能量似乎是一种空间的属性。物理学告诉我们，空间并非虚无—它有创造能量的潜力。爱因斯坦曾提出他的引力理论的一个版本，在这个版本中，真空中的能量不会随着空间的膨胀而稀释。随着更多的空间出现，更多的空间能出现，导致宇宙膨胀的速率越来越快。所以，能量随着空间膨胀而增加的想法已经存在一段时间了，只是我们仍然缺乏一个物理解释来检验这个想法。

宇宙的膨胀速率受两个相互竞争的力影响：引力（放缓膨胀）与暗能量（加速膨胀）。此图展示了宇宙发展历史中的膨胀率，其中较平的曲线表示快速膨胀，较陡的曲线表示缓慢膨胀的时间。大于75亿年前，当宇宙开始加速膨胀时，膨胀率发生了显著的变化。Credit: Astronomy: Roen Kelly, after NASA/STSci/Ann Feild

那么，暗物质和暗能量是稳定且恒定的吗？由于我们并不了解它们真正的物理本质，对于这个问题我们无法确定。但是天文学家可以判断它们是否根据观测宇宙的方向变化。这是一种对于宇宙究竟是不均匀的还是各处都一样（物理术语为各向同性）的检验。事实证明，星系周围暗物质的数量在每个方向上都是相同的，暗能量的强度在每个方向上也是相同的。

为了了解暗物质和暗能量的影响是否会随着宇宙时的推移而改变，天文学家们望向太空深处。遥远的光便是古老的光，所以望远镜就像时间机器一样，探测数十亿年前的过去，通过测量遥远天体的红移和亮度，天文学家们绘制出宇宙膨胀的历史。自宇宙大爆炸以来，暗物质在在大部分的历史中占据主导地位。这是因为当宇宙更小的时候，暗物质施加的引力更强，而暗能量施加的力保持不变。现在是整个宇宙历史上唯一这两者的影响大致相等的时候。在未来，暗能量的影响将日益占据主导地位，而宇宙将永远地加速下去。

责任编辑：陈玮菁

牧夫新媒体编辑部

谢谢阅读

『天文湿刻』 牧夫出品

微信公众号：astronomycn

日全食与彗星

图片来源及版权：Lin Zixuan (Tsinghua U.)