暗物质和暗能量

　　不久前，美国航空航天局发表了最新的微波宇宙全图，初步分析显示宇宙的年龄为137亿年，误差为1％。第一代的恒星在大爆炸后2亿年开始发光。
　　宇宙在“婴儿期”的时候，光子和物质结合在一起，满宇宙一片黑暗。一直到了宇宙大爆炸之后约30万年，宇宙开始降温，光子摆脱物质的束缚发散出来，宇宙各处的星球开始发光。随着宇宙的膨胀，这其中的一部分光子转变为微波，现在我们接收的宇宙微波背景辐射是在大爆炸后38万年发射出来的。天文学家测量这些宇宙微波后绘出宇宙微波背景图，之所以被称为“背景图”，是因为我们观察者不论往哪一方向看，皆可侦察到微波的存在。
　　上面是一张最新的微波宇宙全图，是美国航空航天局的科学家查尔斯·本勒特领导的研究小组与普林斯顿大学科学家大卫·斯佩格尔共同整理出来的，全部资料来自微波各向异性探测卫星的最新发现。微波各向异性探测卫星于2001年6月进入太空，它的运行轨道距离地球约160万千米，主要用于观察宇宙微波背景辐射。其实，美国最早于1989年就发射了探测宇宙微波的卫星，这个卫星被叫做“宇宙背景辐射探测卫星”。由于技术方面的原因，当时这个卫星绘制的微波宇宙只是一张草图，精度确实不够高。因此，美国从1996年开始研制微波各向异性探测卫星，与宇宙背景辐射探测卫星相比，微波各向异性探测卫星有着十分显著的优点，技术上有了巨大的突破。
　　微波各向异性探测卫星观察了形成于大爆炸后38万年的宇宙微波背景辐射情况。根据科学家的推算，宇宙微波背景辐射目前的平均温度仅有2.73K(绝对温度)，并且在天空各方向存在一些特别微小的变化(只有平均值的十万分之一)，一般认为今日复杂的宇宙结构可能起源于这些微小的温度起伏，这些数据不仅可以提高科学家精确估计恒星形成的时间，更将帮助科学家了解宇宙的特性，并证实了宇宙大爆炸理论。
　　宇宙微波背景辐射不但可以测定宇宙的年龄，还可以测定宇宙的形状。进一步的探测结果证实，宇宙像银河系一样是扁平的，而且一直在不断地膨胀，“婴儿期”宇宙的大小只有现代宇宙的千分之一。另外，一些科学家根据探测结果分析，宇宙是有限的，像一个大圆盘一样。科学家通过微波宇宙图了解到宇宙中原子占4％，暗物质比例为23％，剩下的73％全部是暗能量。
　　
　　暗物质
　　
　　天文学理论认为：宇宙中除了存在常见的各种发光的星体外，还存在着一种既不发光，又不与光发生作用，却具有万有引力的物质，即暗物质。暗物质在宇宙中占23％，它们像胶一样，维系在星系之间，保持着宇宙物质间的秩序。由于这些暗物质不发光，很难让人感受到它的存在，直到20世纪30年代，科学家才从测量星系重量中发现，原来星系间竟隐藏着这样一种暗物质，占了很大分量。但是关于暗物质的一切，人们都知之甚少。事实上，科学家早发现星系的质量似乎比所有恒星、气体和尘埃的可见质量要大得多，那么，肯定还有某种物质尚未被发现，这些物质又究竟是什么?暗物质由于它不发光(包括可见光、无线电波、微波、X射线和γ射线等)，所以人们就无法利用光来观测它。暗物质是由什么组成的?它有什么性质?它在宇宙演化中的作用如何?它和现在已知的各种天体的关系又如何?对此，人们还知之甚少。目前人们搜索暗物质的目标是寻找超对称粒子，若能够成功，其意义不亚于发现反物质。
　　2006年2月6日，英国《独立报》报道，英国天文学家经过3年的观察和研究发现，宇宙的暗物质其实有很多“有悖常理”的特点，这其中最难以理解的特点就是它竟然是“热”的。因为此前科学家都认为暗物质是冰冷的，是一些死亡、迟钝的宇宙“矿泥”，但是此次研究发现，暗物质其实也有温度，它的温度甚至比太阳表面的温度还高。来年英国剑桥的科学家假设，如果暗物质是由氢原子组成的，那么它的温度就可能达到10000℃，它会放出很耀眼的光芒。但是实际上，尽管暗物质有那么高的温度，却放不出光来。对于这一点，科学家感到很费解。
　　
　　暗能量
　　
　　暗能量的概念最早是由爱因斯坦提出来的，但后来爱因斯坦把这个概念说成是他科学生涯中的大错误，因为它破坏了广义相对论的优美性。从那以后，暗能量成了科学家争论的话题。
　　现在，科学家明确了宇宙组成物质的比例是：4％是原子，也就是形成各星球上的物质；23％为不知名的黑色物质，即暗物质；73％为一种神秘的黑色能量，也就是暗能量。科学家一般认为，暗能量不是物质，而更接近能量。根据计算，常规物质和看不见的暗物质加起来并不足以构成整个宇宙。剩余成分就是暗能量。而且，最新证据，这种暗能量可能占宇宙总能量的2／3，它正在把宇宙中的星系及星系中的一切以史无前例的速度相互分离。
　　暗能量是如何被发现的呢?科学家主要是通过观测类星体后获得的。类星体体积相对较小而能量巨大。质量巨大的类星体会导致经过它们附近的光线等发生弯曲，使成像产生扭曲和变形，这一原理与光学透镜类似，因而被称为“引力透镜”效应。科学家借助设立在英国和美国的一些大型射电望远镜，共对数千个遥远类星体进行了观测，结果惊异地发现平均每700个类星体中就有一个受到“引力透镜”的影响，其射电信号会发生弯曲，最终出现二个以上的“虚像”。科学家于是认为，这也许只有暗能量才能解释。负责这一研究的英国曼彻斯特大学的伊恩·布朗教授说：“宇宙由暗物质所统治，这想法太奇怪了，值得大家去仔细研究验证。”
　　至于，为什么我们感受不到暗能量，科学家给出了这样的解释：在任何一个给定的空间里，暗能量的量很小，因此它的作用在日常生活中不能被感觉出。但在广漠的宇宙空间中，其效果将非常强大，足以使星系和星系簇分离开。暗能量能使宇宙抵抗着引力而扩大，是推进宇宙膨胀的神秘力量。
　　最近的科学观测发现，宇宙正处于一种加速的膨胀中，所有遥远的星系都在飘离我们而去，并且飘离的速度越来越快!那么是什么样的力量使宇宙在不可遏制地膨胀?研究表明，这就是澎湃在宇宙所有角落的神秘暗能量。
　　宇宙被暗能量所控制，而我们却看不到它。科学家的说法是：我们一般人通常把星系之间没有物质的真空地带想象成“什么也没有”，但是，在理想状态下，如果我们从星际空间中把其中存在的稀少的物质粒子全部移走，然后将所有穿过这个区域的辐射也全部屏蔽出去，再把这个区域彻底冷却到绝对零度，这样得到的空洞空间仍然会有某种残余的能量，这就是暗能量。
　　因此，有些科学家把暗能量称为“真空能”。暗能量可能提供了宇宙四种基本力(引力、电磁力、强力、弱力)之外的一种新的基本力——排斥力。
　　目前，关于暗能量的来源主要有二种理论：
　　第一种观点认为，暗能量类似爱因斯坦“宇宙常数”所假设的，是一种从真空中弥漫出来的能量，不会随时间改变，强度固定。
　　第二种观点认为，暗能量与一种变化的动态能量相关，能量导致目前宇宙加速膨胀。
　　但大多数科学家主张第一种观点，因为人们发现暗能量有一个奇怪的特性，就是空间无论怎样扩张，其密度总是恒定不变，而不会随着空间的扩大而稀薄。空间每扩大一点，真空中的暗能量也就随之增加一点，空间扩大的地方，就是暗能量产生的地方。与之相比，宇宙空间的物质总量却是基本恒定的，当空间不断扩大，物质的密度就会不断下降，物质在宇宙中越来越稀薄。很明显可以看出，随着宇宙空间的扩张，暗能量在宇宙中所占的比例将会越来越大。它所产生的宇宙斥力也越来越强大，很快就超过宇宙中的万有引力，使宇宙的膨胀速度不断加快，直到最后失控，结果把星系、恒星、行星、原子等一一撕裂，形成一场宇宙大崩裂!最后，时间也将终止。
　　之后还会发生什么?宇宙会再循环聚合吗?一切都不再可