宇宙的95%是未知的 — 暗物质与暗能量之谜

宇宙的清单

对宇宙中所有事物的最佳估算给出了令人震惊的结果：

• 普通物质（原子、行星、恒星、气体）：约5%
• 暗物质：约27%
• 暗能量：约68%

所有可见的一切——每一颗恒星、行星、黑洞、星云——只占宇宙的5%。其余95%在最字面的意义上是未知的。

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暗物质：有引力但无光

发现过程

1930年代，天文学家弗里茨·兹维基观测星系团时发现，星系的运动速度远超可见物质所能解释的范围。某种不可见的质量提供了额外的引力。

1970年代，薇拉·鲁宾测量螺旋星系的旋转速度。牛顿力学预言，距银河系中心越远的恒星轨道越慢。实际上，它们的轨道速度几乎恒定——仿佛被无形物质包裹着。

暗物质的候选者

暗物质不发射、反射或吸收光，只通过引力显示存在：

• WIMP（弱相互作用大质量粒子）：最流行的假说，但直接探测至今未果
• 轴子：为解决粒子物理中的另一个问题而提出的极轻粒子
• 原初黑洞：宇宙大爆炸初期形成的微小黑洞

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暗能量：推动宇宙加速膨胀的力

1998年，两个独立研究团队通过测量远处超新星爆炸做出惊人发现：宇宙的膨胀不是在引力作用下减速，而是在加速。

某种力量正在推动一切分离。我们称之为暗能量。它可能对应于爱因斯坦曾称为”最大错误”的宇宙常数（Λ）。

索尔·珀尔马特、布莱恩·施密特和亚当·里斯因此发现获得2011年诺贝尔物理学奖。

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宇宙的未来

如果暗能量持续驱动宇宙加速膨胀：数百亿年后，星系彼此远离直至超出视界；数万亿年后，恒星耗尽，宇宙变得黑暗寒冷；极端情景下，大撕裂：暗能量强到将原子本身撕碎。

这个谜题的答案，将根本性地重写我们对现实的理解。