天文學家通過暗物質(zhì)對其他物體的引力效應(yīng)間接繪制了暗物質(zhì)的分布地圖

　　你知道宇宙最大的奧秘是什么嗎？要回答這個問題，我們就得從宇宙學的基礎(chǔ)開始。宇宙學是對整個宇宙的研究，并且延伸至探討人類在宇宙中的地位。再細分下去，我們會進入物理宇宙學的領(lǐng)域，這是研究宇宙大尺度結(jié)構(gòu)和宇宙形成及演化等基本問題的學科，天體物理學在這門學科的發(fā)展中起到了核心作用。

　　那么，如果我們想創(chuàng)造出一個宇宙，需要哪些東西呢？我們所知的宇宙是由兩種基本成分和一種可選成分構(gòu)成的，其中大約25%為暗物質(zhì)，70%為暗能量。暗物質(zhì)是一種完全看不見的東西，無論其本質(zhì)到底是什么，它都不與光相互作用。直到現(xiàn)在，科學家依然不知道暗物質(zhì)是由什么構(gòu)成的，而另一方面，通過引力效應(yīng)，以及與其他物質(zhì)的相互作用，我們又明確知道暗物質(zhì)的存在。

　　除了暗物質(zhì)，我們還需要大量的暗能量，這種東西就更加神秘了。在物理宇宙學中，暗能量是一種充溢空間、增加宇宙膨脹速度的能量形式。每一天，宇宙都在以更快的速度變得變大，而暗能量假說是當今對宇宙加速膨脹的觀測結(jié)果的解釋中最為流行的一種?？茖W家推測暗能量與時空本身的真空有關(guān)。換句話說，如果你有一個沒有任何物質(zhì)和輻射的空盒子，那這個盒子實際上就充滿了暗能量。在這個推測以外，我們對暗能量的了解相當貧乏。

　　對于我們已知的宇宙而言，只要有足夠的暗物質(zhì)和暗能量，我們就可以占據(jù)宇宙大部分歷史中95%的內(nèi)容。

　　那么，那些可選的成分呢？這些就是普通物質(zhì)了，即宇宙學家所謂的“重子”——如質(zhì)子和中子——物質(zhì)。這些物質(zhì)組成了原子和分子，進而組成了行星、恒星和星系物質(zhì)，以及我們?nèi)祟惐旧?。在宇宙中，所有可見的物質(zhì)其實都不甚重要，但對人類而言，這些物質(zhì)的存在就是一切。

　　黑暗的網(wǎng)絡(luò)

　　這就是當今的宇宙：少量的普通物質(zhì)，大量的暗物質(zhì)和暗能量。暗能量作用于時空結(jié)構(gòu)本身，呈現(xiàn)為一種均勻的負壓力，可以將宇宙的邊緣撕開，導致時空膨脹；但除此之外，暗能量并沒有真正參與到日常的宇宙生活中。

　　暗物質(zhì)聚集在一起，形成一個巨大的復雜網(wǎng)絡(luò)，稱為“宇宙網(wǎng)”?？茖W家認為，宇宙中存在巨大的暗物質(zhì)球體，直徑超過一百萬光年。在這些球體之間由伸展的暗物質(zhì)纖維連接著。宇宙中還有著令人難以置信的“沙漠”，即所謂的宇宙空洞——里面幾乎什么都沒有。然而，除了提供宇宙結(jié)構(gòu)的骨架之外，暗物質(zhì)其實沒有做其他任何事情。畢竟，暗物質(zhì)不能與光相互作用，只是存在于宇宙中而已。

　　少量的普通物質(zhì)被困在暗物質(zhì)網(wǎng)絡(luò)中。在星系外圍，有著被稱為暗物質(zhì)暈的神秘結(jié)構(gòu)，將星系包圍其中，就如同包圍太陽的太陽圈。這些巨大的球體結(jié)構(gòu)中通常包含多個星系，稱為星系團。

　　宇宙網(wǎng)是自然界中發(fā)現(xiàn)的最大的單一結(jié)構(gòu)，充滿了整個可觀測宇宙（也許在可觀測宇宙之外還有一些，但根據(jù)定義，我們無法看得更遠）。你可能會問，可觀測宇宙有多大？目前估計，可觀測宇宙的直徑約為900億光年，但科學家認為，宇宙的真實尺寸可能要大得多。

　　背后的故事

　　那么，宇宙是如何變成今天的樣子的？如何讓所有這些暗物質(zhì)排列在一個巨大的宇宙網(wǎng)中？一百年前，當科學家們還不知道暗物質(zhì)是怎么回事時，他們?nèi)〉昧艘粋€了不起的發(fā)現(xiàn)：宇宙正在膨脹。

　　平均而言，星系之間的距離每一天都在變得更遠；也就是說，偶爾發(fā)生星系碰撞是完全可能的。這也意味著，過去的宇宙與現(xiàn)在是截然不同的，時間越往前，宇宙就越不一樣。宇宙學家可以將時鐘倒回，追溯至宇宙中的一切都被擠壓成一個點的時候：137.7億年前。當時整個可觀測的宇宙可能只有桃子那么大，而溫度超過一千萬億度。

　　這是多么了不起的認識！地球上的我們怎么可能知道宇宙中發(fā)生過如此劇烈的變化？很顯然，科學家之所以可以這么說，是因為他們發(fā)現(xiàn)了證據(jù)。

　　我們知道，如今的宇宙非常大，而過去的宇宙非常小，它那時的溫度肯定會比現(xiàn)在高得多（因為本質(zhì)上同樣的東西都被塞進了一個小得多的體積）。在宇宙歷史的某個階段，整個宇宙會呈現(xiàn)等離子體的狀態(tài)，微小的電子可以自由活動。但到了某個臨界點上，宇宙一定會變得足夠大，溫度足夠低，從而能形成第一批原子，并在此過程中釋放出大量白熱輻射。這種輻射一直持續(xù)到今天，使宇宙沉浸在某種不那么強烈的微波輻射中。

　　今天我們可以用微波望遠鏡看到這些微波輻射，這也是迄今為止宇宙中最大的單一光源。它們是大爆炸的遺跡，在天空中夜復一夜地存在著。沒錯，正是普通物質(zhì)釋放了這些輻射。因此也可以說，即使普通物質(zhì)只占據(jù)了宇宙的一小部分，但仍然非常重要。（任天）


關(guān)注【深圳科普】微信公眾號，在對話框：
回復【最新活動】，了解近期科普活動
回復【科普行】，了解最新深圳科普行活動
回復【研學營】，了解最新科普研學營
回復【科普課堂】，了解最新科普課堂
回復【科普書籍】，了解最新科普書籍
回復【團體定制】，了解最新團體定制活動
回復【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回復【觀鳥知識】，學習觀鳥相關(guān)科普知識
回復【博物學院】，了解更多博物學院活動詳情
?