如果有人告诉你,你眼前所能看到、触摸到、感知到的一切,其实只占整个宇宙的不到百分之五,你会作何感想?那剩下的百分之九十五,究竟去了哪里,又是以什么形式存在的?
它们就隐藏在看似空无一物的虚空深处,无声无息地支配着整个宇宙的运转。
我们日常所熟悉的物质,比如构成身体的原子、远处闪烁的恒星、旋转的星系、脚下的岩石、窗外的树木,甚至是桌上的一杯水,这些加在一起,在整个已知宇宙中所占的比例还不足百分之五。
剩下的部分里,大约有四分之一是暗物质,剩下的七成则是更加神秘的暗能量,这两者无一例外,都是人类肉眼和现有仪器所无法直接看见的。
这个结论本身就足够令人不安。它意味着我们每天所经历的一切现实,不过是整个宇宙真相中极其微小的一个碎片。
更让人感到挫败的是,关于暗物质和暗能量究竟是什么、以何种方式运作,科学家们至今几乎一无所知。但有一点可以确定——它们真实地存在着,并且在塑造着宇宙的每一个角落。
先说说暗物质,它是让星系得以存在的那种关键"胶水"。
如果真的只有普通物质,恒星们更有可能像被风吹散的尘埃那样四处飘零,而不是井然有序地聚集成一个个旋转的岛屿。
这一现象无论放在牛顿的万有引力定律中,还是放在爱因斯坦的广义相对论框架里,都无法得到合理解释。
按照常理,距离中心越远,引力束缚应当越弱,公转速度也应当越慢,就像太阳系中外侧行星的运行规律那样,可银河系却给出了一份完全相反的答卷。
这就意味着,星系的内部和周围一定还藏着某种我们看不见的东西,它不发光,不反光,却实实在在地提供着额外的引力。
除了通过计算推断出暗物质的存在,科学家其实也能"看见"它——某种意义上的看见。在那些暗物质高度集中的区域,从附近经过的光线会被明显地弯曲,就像隔着一块看不见的玻璃透镜。
有趣的是,关于暗物质,我们目前知道得最多的,反倒是它"不是什么"。
它不是没有恒星的普通物质云,因为那样的物质团块一定会发射出可被探测的粒子信号;它也不是反物质,因为反物质一旦与普通物质相遇,就会产生带有独特特征的伽马射线;
它更不是由黑洞构成的——黑洞这种极致密的天体会剧烈扰动周围的时空,而暗物质却是均匀而宁静地弥散在广阔空间之中。
这种星系之间的物质输送与结构塑造,背后几乎必然有看不见的引力骨架在起作用。
所以归根结底,关于暗物质,人类目前真正能确定的只有三件事:第一,有某种东西确实存在于那里;第二,它与引力发生相互作用;第三,它的数量极其庞大。
至于它的本质,科学家普遍猜测它可能是由某种复杂的奇异粒子构成,这种粒子不以我们所预期的方式与光或普通物质发生反应。但到目前为止,这依然只是猜测。
如果说暗物质已经够让人头疼,那么暗能量则是一个更加离奇、更加难以捉摸的存在。它无法被直接探测,无法被精确测量,也无法用任何已知的工具去触碰。
我们却能异常清晰地看到它在整个宇宙尺度上所制造出的效应。
而且越是暗、越是遥远的星系,这种红移现象就越明显;越是靠近地球的星系,红移则不那么突出。哈勃据此得出了一个石破天惊的结论:宇宙本身正在膨胀。
光的波长之所以被拉长,正是因为它在传播途中,承载它的空间也在不断地被拉伸。
而更晚近的观测则带来了一个更出人意料的发现——宇宙的膨胀并不是在逐渐减速,而是在不断加速。在此之前,大多数物理学家都认为,万有引力的拉扯作用最终会让膨胀慢下来,甚至在某一刻发生反转,让整个宇宙重新向内坍缩,可现实恰恰相反。
空间在膨胀的过程中并没有稀释自己的性质,它只是单纯地变多了。新的空间不断在各处被凭空创造出来,而推动这一切的,正是暗能量。
当然,我们在日常生活中完全感受不到这种膨胀。因为星系是靠引力紧紧束缚在一起的物质团块,太阳系、地球、乃至我们的身体,都处在引力占优的小尺度环境之中。
但只要把目光放到星系与星系之间那些真正空旷的虚空里,就会发现——宇宙中每一处空旷的区域,每一秒都在诞生更多的空间。
因此,暗能量似乎是一种内在于空旷空间本身的能量——一种比我们所知的任何能量都要强大、而且会随着时间持续增强的能量。空旷空间所蕴藏的能量总量,比宇宙中其他所有东西加起来还要多。
换句话说,当我们凝视夜空中那片看似"什么都没有"的黑暗时,我们其实正在凝视宇宙中最具主导力量的东西。
对于暗能量究竟可能是什么,物理学界目前有几种相互竞争的设想。
第一种观点认为,暗能量根本就不是一种"东西",而只是空间本身的一种内在属性。空旷的空间从来就不等于"什么都没有",它本身就携带着能量,能够不断生成更多的空间,而且相当活跃。
随着宇宙的膨胀,就会有越来越多的新空间冒出来填补缝隙,从而推动膨胀继续加速。这个想法其实非常接近爱因斯坦1917年提出的"宇宙学常数"概念——一种与引力作用相抗衡的斥力。
可问题是,当物理学家尝试用量子理论去计算这种能量的具体数值时,得到的结果却与实际观测相差了几十个数量级,错得离奇,错得让人彻底摸不着头脑。
第二种观点则认为,空旷的空间实际上充满了无数转瞬即逝的"虚粒子"。它们从"无"中自发涌现,又在极短的时间内重新归于"无"。这种此起彼伏的量子涨落所携带的能量,可能就是我们所说的暗能量。
还有一种观点认为,暗能量或许是某种我们尚未认识的动态能量流体或者场,它弥漫在整个宇宙之中,却对宇宙结构产生着与普通物质和能量相反的作用效果。然而即便它真的存在,我们也无从知晓它是什么、藏在哪里、以及该用什么方式去探测它。
所以说到底,关于暗物质和暗能量,还有太多太多的问题悬而未决。我们现有的所有解释,归根结底仍然只是——理论。一方面,这确实令人感到挫败;但另一方面,这恰恰是前沿科学最迷人的地方。
它时时刻刻提醒着我们:无论人类觉得自己对世界的掌控已经多么深入,我们本质上仍然不过是一群拿着智能手机的猿类,栖身于太空中一个微小而脆弱的蓝色岛屿之上,仰起头颅凝视星空,试图读懂宇宙那本厚重的说明书。
归根到底,我们日常所看到的恒星、行星和星系加起来,只占宇宙质能总量的百分之五,剩下高达百分之九十五的质量与能量,都隐藏在看似空无一物的虚空深处。
而早在上世纪三十年代,银河系外侧恒星公转速度反常偏快这一现象,就已经悄悄撕开了经典物理学的一道口子。无论是牛顿的万有引力,还是爱因斯坦的广义相对论,都无法独立解释这片庞大虚空中究竟发生了什么。
暗物质支撑起了星系的骨架,暗能量则推动着整个宇宙加速远离自身。真正主宰宇宙命运的,从来都不是我们所熟悉的那不到百分之五,而是那片深不可测的黑暗——而人类对它的探索,才刚刚开始。
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