基本介紹
- 中文名：宇宙暗能量
- 範疇：宇宙學
- 類型：猜想
- 依據：相對論
簡介,新聞連結,
簡介
幾十年前，天文學家埃德溫·哈勃發現宇宙中的其它星系似乎都在向著距離我們生活的銀河系越來越遠的方向移動。而且它們移動的越遠，運行的速度就越快。但是，天體物理學家此前曾經指出，地心引力會使得宇宙的膨脹速度逐漸減緩。之後在1998年，兩個研究小組通過觀察Ia型超新星——一種罕見的恆星爆炸的現象，能夠釋放出數量巨大的，持久的光——顛覆了天體物理學家提出的理論。
暗能量
暗能量一種“宇宙協和”的模型理論提出，不斷擴張的宇宙中70%是暗能量。
衛星數據和對宇宙多達100萬個河外星系的測繪進一步證明了在整個宇宙中存在暗物質和暗能量，正是它們“主宰”著宇宙的擴張。
“威爾金森各向異動探測器”衛星攝下了到目前為止最詳細的宇宙微波背景圖。
同時，一個名為斯隆數碼天空調查（SDSS）的研究小組發表一份研究論文，把他們取得的觀測數據重疊在微波數據之上。他們聲稱，其結果顯示暗能量一定存在。
但是《科學》雜誌說，專家們至今仍然不清楚暗能量是如何產生的。天文學家們發現宇宙不但在擴大，而且以一種永遠的加速度使宇宙擴張，這個發現激發人們深入研究暗能量。
而有關全球氣候變暖證據的研究則位居第三，《科學》雜誌的總編甘迺迪說，“對全球氣候變暖的共識達到了無可辯駁的地步。”（中）
2003年十大科學突破
新聞連結
美國《科學》雜誌18日公布的2003年度十大科技突破分別如下：
1．發現宇宙主要由神秘的暗物質和暗能量組成。
2．揭開精神病產生機理。
3．發現全球變暖影響地球及其生物的新證據。
4．在進一步研究小核糖核酸如何協調細胞習性以及探索如何利用小核糖核酸的對付疾病取得的進展。
5．捕捉到細胞內部單個分子的多種活動情況以及對運動中的分子馬達以及正在消化DNA的單個酶等進行的觀察。
6．證實宇宙伽馬射線爆發與超新星之間存在聯繫。
7．發現鼠的胚胎幹細胞在培養皿中既能發育成精子也能發育成卵子。
8．證實特定介質能使光和其他電磁波以負折射率偏轉。
9．通過基因測序發現人類Y染色體包含大量重複基因，這些基因以“回文”結構排列，有修復基因突變的作用。
10．對“餓死腫瘤”研究獲得的新進展，發現一種抑制腫瘤血管生長的藥物與傳統化療藥物結合，可延長結腸癌患者存活期。 綜合圖：
美國《科學》雜誌的封面示意宇宙不斷擴張
愛因斯坦的廣義相對論做出過暗能量的假設。據推測，神秘的暗能量可能構成了宇宙中絕大多數不可見的部分，它能夠產生與引力相反的排斥力。暗能量至今仍是一個科學假設，還沒有直接證據表明其確實存在。
日本理化研究所發布新聞公報說，日本理化研究所的稻田直久和美國史丹福大學的大栗真宗共同領導的研究小組，觀測了宇宙空間中約2．3萬個類星體，以求找到受“引力透鏡效應”影響的類星體。
所謂“引力透鏡效應”，就是當光波、電波等在星系、星系團、黑洞等具有巨大引力的天體附近通過時，這些波會像通過凸透鏡一樣發生彎曲，最終在地球觀測結果中出現兩個以上的“虛像”。
此次觀測到的受“引力透鏡效應”影響的類星體數目非常多，科學家們認為，這也許只有暗能量才能解釋。他們的進一步分析表明，在假設暗能量占到宇宙成分的70%時，理論計算與實際觀測的結果最為吻合。
暗物質和暗能量是世紀謎題
21世紀初科學最大的謎是暗物質和暗能量。它們的存在，向全世界年輕的科學家提出了挑戰。 暗物質存在於人類已知的物質之外，人們知道它的存在，但不知道它是什麼，它的構成也和人類已知的物質不同。在宇宙中，暗物質的能量是人類已知物質的能量的5倍以上。
暗能量更是奇怪，以人類已知的核反應為例，反應前後的物質有少量的質量差，這個差異轉化成了巨大的能量。暗能量卻可以使物質的質量全部消失，完全轉化為能量。宇宙中的暗能量是已知物質能量的14倍以上。
宇宙之外可能有很多宇宙
圍繞暗物質和暗能量，李政道闡述了他發表文章探討的觀點。他提出“天外有天”，指出“因為暗能量，我們的宇宙之外可能有很多的宇宙”，“我們的宇宙在加速地膨脹”且“核能也許可以和宇宙中的暗能量相變相連”。
暗物質是誰最先發現的呢？
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。他認為，宇宙是有限封閉的。如果是這樣，宇宙中物質的平均密度必須達到每立方厘米5×10的負30次方克。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”。
一些星體演化到一定階段，溫度降得很低，已經不能再輸出任何可以觀測的電磁信號，不可能被直接觀測到，這樣的星體就會表現為暗物質。這類暗物質可以稱為重子物質的暗物質。
還有另一類暗物質，它的構成成分是一些帶中性的有靜止質量的穩定粒子。這類粒子組成的星體或星際物質，不會放出或吸收電磁信號。這類暗物質可以稱為非重子物質的暗物質。
Abell 2390星系團(上半圖)和MS2137.3-2353星系團(下半圖)，距離我們約有20億光年遠。上圖右半方的影像，是哈勃太空望遠鏡所拍攝的假色照片，而相對應的左半方影像，是由錢卓拉X射線觀測站所拍攝的X射線影像。雖然哈勃望遠鏡的影像中，可以看到數量眾多的星系，但在X射線影像里，這些星系的蹤影卻無處可尋，只見到一團溫度有數百萬度，而且會輻射出X射線的熾熱星系團雲氣。除了表面上的差異外，這些觀測其實還含有更重大的謎團呢。因為右方影像中星系的總質量加上左方雲氣的質量，它們所產生的重力，並不足以讓這團熾熱雲氣乖乖地留在星系團之內。事實上再怎么細算，這些質量只有“必要質量”的百分之十三而已！在右方哈伯望遠鏡的深場影像里，重力透鏡效應影像也指出造成這些幻像所需要的質量，大於哈勃望遠鏡和錢卓拉觀測站所直接看到的。天文學家認為，星系團內大部分的物質，是連這些靈敏的太空望遠鏡也看不到的“ 暗物質”。
1930年初，瑞士天文學家茲威基發表了一個驚人結果：在星系團中，看得見的星系只占總質量的1/300以下，而99%以上的質量是看不見的。不過，茲威基的結果許多人並不相信。直到1978年才出現第一個令人信服的證據，這就是測量物體圍繞星系轉動的速度。我們知道，根據人造衛星運行的速度和高度，就可以測出地球的總質量。根據地球繞太陽運行的速度和地球與太陽的距離，就可以測出太陽的總質量。同理，根據物體（星體或氣團）圍繞星系運行的速度和該物體距星系中心的距離，就可以估算出星系範圍內的總質量。這樣計算的結果發現，星系的總質量遠大於星系中可見星體的質量總和。結論似乎只能是：星系裡必有看不見的暗物質。那么，暗物質有多少呢？根據推算，暗物質占宇宙物質總量的20—30%才合適。
天文學的觀測表明，宇宙中有大量的暗物質，特別是存在大量的非重子物質的暗物質。據天文學觀測估計，宇宙的總質量中，重子物質約占2%，也就是說，宇宙中可觀測到的各種星際物質、星體、恆星、星團、星雲、類星體、星系等的總和只占宇宙總質量的2%，98%的物質還沒有被直接觀測到。在宇宙中非重子物質的暗物質當中，冷暗物質約占70%，熱暗物質約占30%。
標準模型給出的62種粒子中，能夠穩定地獨立存在的粒子只有12種，它們是電子、正電子、質子、反質子、光子、3種中微子、3種反中微子和引力子。這12種穩定粒子中，電子、正電子、質子、反質子是帶電的，不能是暗物質粒子，光子和引力子的靜止質量是零，也不能是暗物質粒子。因此，在標準模型給出的62種粒子中，有可能是暗物質粒子的只有3種中微子和3種反中微子。
20世紀80年代初期，美國天文學家艾倫森發現，距我們30萬光年的天龍座矮星系中，許多碳星(巨大的紅星)周圍存在著穩定的暗物質，即這些暗物質受到嚴格的束縛。高能熱粒子和能量適中的暖粒子是難以束縛住的，它們會到處亂竄，只有運行很慢的“冷粒子”才能束縛住。物理學家認為那是“軸子”，它是一種非常穩定的冷“微子，質量只有電子質量的數百萬分之一。這就是暗物質的軸子模型。
軸子模型是否成立，最終得由實驗裁決。還有人提出，暗物質可能是一種稱做“宇宙弦”的弦狀物質，它產生於大爆炸後的一秒期間內，直徑為1萬億億億分之一厘米，質量密度大得驚人，每寸長約1億億噸。這種理論是否成立，同樣有待科學家進一步研究。
為探索暗物質的秘密，世界各國的粒子物理學家正在這個領域努力工作，相信揭開暗物質神秘面紗的那一天不會太遙遠了。
