#所见所得，都很科学#
在1990年代早期，有一件事对宇宙的膨胀是相当肯定的。它可能有足够的能量密度来阻止它的膨胀和重新坍缩，它可能具有如此小的能量密度，以至于它永远不会停止膨胀，但随着时间的推移，重力肯定会减缓膨胀。诚然，减速没有被观察到，但从理论上讲，宇宙必须减速。宇宙充满了物质，引力的吸引力将所有物质拉在一起。然后是1998年，哈勃太空望远镜（HST）对非常遥远的超新星的观测表明，很久以前，宇宙实际上比今天膨胀得更慢。因此，宇宙的膨胀并没有因为重力而减慢，正如大家所想的那样，它一直在加速。没有人预料到这一点，没有人知道如何解释它。
最终，理论家们提出了三种解释。也许这是爱因斯坦引力理论长期被抛弃的结果，该版本包含所谓的“宇宙学常数”。也许有某种奇怪的能量流体填满了空间。也许爱因斯坦的引力理论有问题，一个新的理论可能包括某种产生这种宇宙加速度的场。理论家仍然不知道正确的解释是什么，但他们已经给解决方案起了个名字。它被称为暗能量。
什么是暗能量？
未知的比已知的更多。我们知道有多少暗能量，因为我们知道它如何影响宇宙的膨胀。除此之外，这是一个完全的谜。但这是一个重要的谜。事实证明，大约68%的宇宙是暗能量。暗物质约占27%。其余的 - 地球上的一切，用我们所有的仪器观察到的一切，所有正常的物质 - 加起来不到宇宙的5%。想想看，也许它根本不应该被称为“正常”物质，因为它是宇宙的一小部分。
这张图揭示了自150亿年前宇宙诞生以来膨胀速度的变化。曲线越浅，膨胀速度越快。大约75亿年前，当宇宙中的物体开始以更快的速度分开飞行时，曲线发生了显着变化。天文学家推测，更快的膨胀速度是由于一种神秘的黑暗力量正在将星系拉开。
图片来源：NASA/STSci/Ann Feild
暗能量的一种解释是，它是空间的一种属性。阿尔伯特·爱因斯坦是第一个意识到空旷空间并非一无所有的人。太空具有惊人的特性，其中许多才刚刚开始被理解。爱因斯坦发现的第一个特性是，有更多的空间存在。然后，爱因斯坦引力理论的一个版本，即包含宇宙学常数的版本，做出了第二个预测：“空空间”可以拥有自己的能量。因为这种能量是空间本身的属性，所以它不会随着空间的膨胀而稀释。随着更多空间的出现，更多的这种空间能量将会出现。结果，这种形式的能量会导致宇宙膨胀得越来越快。不幸的是，没有人理解为什么宇宙学常数应该存在，更不用说为什么它具有完全正确的值来引起观测到的宇宙加速度。
这张图片显示了暗物质，星系和热气体在合并星系团Abell 520核心中的分布。这一结果可能会对暗物质的基本理论构成挑战。
关于空间如何获得能量的另一种解释来自物质的量子理论。在这个理论中，“空的空间”实际上充满了不断形成然后消失的临时（“虚拟”）粒子。但是，当物理学家试图计算这将给空的空间带来多少能量时，答案是错误的 - 错误了很多。这个数字出来10¹²°倍太大了。这是一个 1，后面有 120 个零。很难得到一个那么糟糕的答案。因此，谜团仍在继续。
暗能量的另一种解释是，它是一种新型的动态能量流体或场，它充满了整个空间，但对宇宙膨胀的影响与物质和正常能量相反。一些理论家以希腊哲学家的第五元素命名了这个“精髓”。但是，如果精粹是答案，我们仍然不知道它是什么样子的，它与什么相互作用，或者它为什么存在。因此，谜团仍在继续。
最后一种可能性是爱因斯坦的引力理论是不正确的。这不仅会影响宇宙的膨胀，还会影响星系和星系团中正常物质的行为方式。这一事实将提供一种方法来决定暗能量问题的解决方案是否是一种新的引力理论：我们可以观察星系如何聚集在一起。但是，如果事实证明确实需要一种新的引力理论，那会是一种什么样的理论呢？它怎么能正确地描述太阳系中天体的运动，就像爱因斯坦的理论一样，并且仍然给我们提供了我们需要的宇宙的不同预测？有候选理论，但没有一个是令人信服的。因此，谜团仍在继续。
在暗能量可能性之间做出决定所需要的东西 - 空间的属性，新的动态流体或新的引力理论 - 是更多的数据，更好的数据。
什么是暗物质？
通过将宇宙组成的理论模型拟合到宇宙学观测的组合中，科学家们提出了我们上面描述的组成，〜68%的暗能量，〜27%的暗物质，〜5%的正常物质。什么是暗物质？
我们更确定暗物质不是什么，而不是我们是什么。首先，它是黑暗的，这意味着它不是我们看到的恒星和行星的形式。观测表明，宇宙中的可见物质太少，无法构成观测所需的27%。其次，它不是以正常物质的乌云的形式，物质是由称为重子的粒子组成的。我们知道这一点，因为我们能够通过吸收穿过它们的辐射来检测重子云。第三，暗物质不是反物质，因为我们看不到反物质与物质湮灭时产生的独特伽马射线。最后，我们可以根据我们看到的引力透镜的数量来排除大型星系大小的黑洞。高浓度的物质弯曲了从更远的物体经过它们的光线，但我们没有看到足够的透镜事件表明这些物体可以弥补所需的25%暗物质贡献。
有史以来星系团之间最复杂和最戏剧性的碰撞之一就是在Abell 2744的这张新的合成图像中捕获的。蓝色显示了总质量浓度（主要是暗物质）的地图。
然而，在这一点上，仍然有一些暗物质的可能性是可行的。重子物质仍然可以构成暗物质，如果它全部被绑在褐矮星或小块，密集的重元素中。这些可能性被称为大质量致密光环物体或“MACHOs”。但最常见的观点是，暗物质根本不是重子，而是由其他更奇特的粒子组成，如轴子或WIMPS（弱相互作用大质量粒子）。
当研究人员发现星系NGC 1052-DF2时，他们感到惊讶，它缺少大部分（如果不是全部）暗物质。
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