【暗物质与暗能量，宇宙中的一对“冤家”】

当我们眺望宇宙时，我们所看到的一切，从人类到城市，到布满夜空的数百万颗恒星，它们都是由可见物质构成的。

但我们所看到的只是宇宙的一小部分，其余的部分是无形的，未知的黑暗的宇宙。

黑暗宇宙是描述我们宇宙的一个常用短语，因为事实证明我们的宇宙大部分都是暗的。

这个黑暗不是夜晚那样黑暗，是指不与光相互作用。这个“黑暗”是科学家们所无法真正理解的。

我们日常生活中的所有物体——我们的身体、空气、坐的椅子以及行星和恒星，所有这些加起来只占宇宙的5%，剩下的95%是黑暗的物质，即黑暗宇宙。

读者可能会觉得奇怪，因为笔者在上篇科普文中说可见物质占宇宙的15%，其余85%是暗物质，这里是没有将暗能量算在内，所以并不矛盾。

黑暗宇宙由两种力量组成——暗物质和暗能量。虽然它们都是暗的，但它们并不是同一种物质。在某种程度上，暗物质和暗能量是相互对立的。

暗物质具有正向引力，它将物体拉到一起，而暗能量具有排斥性力，它将物体推开。

自创世之初，就有两股力量在争夺宇宙的控制权，暗物质和暗能量被锁定在这场史诗般的战争中。暗物质试图将事物聚集在一起，暗能量试图把一切都分开，所以，这就是一场贯穿整个宇宙的战争。

那么他俩谁会赢？

这场战争始于138亿年前的宇宙大爆炸。初期的宇宙是一个由强烈辐射组成的超级热球，但突然间它开始变形，冷却和膨胀，并触发了常规宇宙和黑暗宇宙的诞生。

科学家们相信暗物质和暗能量都是在大爆炸的最初时刻形成的，它们可能是在大爆炸后的几分之一秒内形成的，与普通物质形成的时间相当。

在最初的几微秒内，宇宙是一个由物质和能量组成的热而致密的球体。它们是一枚硬币的两面。物质可以转化为能量，能量也可以直接转化为物质。

普通物质的可见粒子，形成原子行星、恒星和我们……然而其他粒子它们是看不见的，它们就是暗物质。

早期的宇宙非常热，密度很大，充满了可见物质和不可见暗物质的新粒子，但另一种力量出现了——暗能量。

暗能量自宇宙大爆炸以来就存在了，但科学家们不知道有多少暗能量，有可能相同数量的暗能量一直存在。但科学家们对暗能量的理解是非常有限的。

如果在一间屋子里有10个理论物理学家，问他们关于暗能量的本质，就会得到大约12个不同的答案。

科学家们不确定暗能量是什么，事实上，“暗能量”这个词，只是因为科学家们的无知而起的一个花哨的名字。

暗能量不过是科学家们对宇宙运行方式的理解中这个巨大缺口的一个占位符而已。

暗能量究竟是什么，有一个潜在答案，可能在所谓“空”的空间中找到。这可能是暗能量的来源吗？

科学家们过去认为空间就是无聊的空虚，但现在，科学家们认为把空间看作一种物质，一种携带有奇怪能量的物质。空间中的每个小区域都有一些能量，这和真空本身有关。

“真空能”的概念是真空而不空，真空中存在着某种物质里面有一种反引力的能量。也许这种对抗引力的真空能量就是神秘的暗能量。

这种能量可能是一种新型的能量，可以渗透到整个空间。这就是科学家们现在要检测的暗能量和暗物质。

在大爆炸的高温下形成，它们是对立的力量，一种是吸引，另一种排斥。在138亿年的时间里它们共同塑造了宇宙的历史。

事实上，整个宇宙的故事就是由两种强大的对立力量所主导——暗物质和暗能量。138亿年以来它们一直在争夺宇宙的控制权。我们的宇宙实际上是黑暗力量之间的平衡。

【宇宙早期，暗物质是“赢家”】

大爆炸之后，婴儿时期的宇宙很小温度非常高，密度也非常大，暗物质，一种致力于将事物聚集在一起的力量，开始茁壮成长。但是在这个被压缩的空间里，同时存在暗能量，一种试图将物体分开的力量，只是没有空间让它们发挥作用。

当物体距离更近时，物质和辐射的密度更大，大到暗能量完全可以忽视。当然此时的环境对正常物质来说也很艰难，环境非常热，强烈的辐射，阻止了可见物质聚集在一起形成原子。

由于无法粘在一起，正常的可见物质以粒子风暴的形式在早期宇宙中迅速扩散。但是暗物质，一种将事物聚集在一起的力量，也介入其中。暗物质不会与辐射发生联系，也不会与光“对话”，所以它可以做任何它想做的事。

它们开始聚集在一起，辐射将正常物质推开，阻止其形成密集区域，但无法阻止暗物质，而光子会直接穿过暗物质，这样使得暗物质聚集并落入稠密的口袋或阱中。

暗物质开始在引力作用下聚集在一起，这意味着普通物质将落入这些暗物质阱。

随着时间的推移，越来越多的普通物质被拉进暗物质阱中，那些有更多物质的区域引力使它们变更大，而那些有更少物质的区域，膨胀就更多。

所以如果有一些微小的额外物质，随着时间的推移，就会有越来越多的物质。富含引力的暗物质将普通物质的粒子聚集在一起，渐渐地，它们形成了巨大的氢气和氦气云。

暗物质奠定了宇宙的基石。这种力量可能是黑暗的，但它极具创造力。

在大爆炸1.8亿年之后，一切都已准备好，迎接下一个暗物质构建的里程碑——恒星的诞生。

在宇宙早期的边缘时期，恒星必须要在自身引力作用下坍缩气体云并形成。但宇宙初期的氢气团无法坍缩，没有坍缩就意味着没有恒星。

早期宇宙的气体有很大的压力，这种压力使它不会坍缩。但暗物质不会承受这样的压力，因此，暗物质可以聚集在一起并形成结构。

所以暗物质来救场了，创造了引力更大的区域，把氢气拖了进来，迫使云层变得越来越密集，于是为坍塌创造了条件。

所以，只有当暗物质的引力超过了气体的压力时，气体才会坍缩并变成恒星。这些恒星是第一批星系的种子。

所以如果没有暗物质作为种子结构而存在，早期宇宙就没有足够的时间来形成星系，这意味着我们必须为我们的存在而感谢暗物质。

【暗物质继续乘胜追击】

接下来，暗物质开始了一个更雄心勃勃的建筑工程，塑造整个宇宙本身，建造有史以来最大的结构——宇宙网。

有一种巨大的细丝结构，星系似乎就是在它上面形成的，这就是科学家们所说的宇宙网。

可以将这个宇宙网的形成追溯到早期的宇宙，这是一个非常巨大的结构。当宇宙冷却到一定程度时，暗物质开始形成那些细丝，普通物质就会开始流入暗物质的万有引力中，于是这就形成了这个大型建筑的脚手架。

暗物质的细丝连接在一起，吸收越来越多的氢气，稠密的气体云在丝状物的交界处聚集在那一点的引力最强。慢慢地一个熟悉的建筑开始成形。

如果你曾经到过户外，你会看到一张被露水覆盖的蜘蛛网。而这个蜘蛛网就像是暗物质的结构。

观察蜘蛛网就会好现，所有这些细丝，空气中的水分在它们周围凝结，就像普通物质落入暗物质网形成宇宙中这些巨大的结构一样。

宏大的宇宙网

被露水覆盖的蜘蛛网很像宇宙网

暗物质，宇宙的缔造者，成功地编织了一张宇宙之网，形成整个宇宙的框架。

所以正是暗物质，设计并塑造了宇宙本身的形状。暗物质的神奇之处在于，没有它，我们就不会在这里。很难想象在没有暗物质的情况下，宇宙是如何形成结构的。

星系，然后星系团在丝状物的接合处形成，缓慢地，并且坚定地，宇宙开始成形。当我们在宇宙尺度上观察这个结构时，我们会发现它有点像海绵。可以看到空洞的边缘到处都是星系，这是由早期宇宙中的暗物质形成的结构。

暗物质的能力就是提供足够的引力，让初始融合的种子形成结构，并让星系本身形成。

90亿年以来，暗物质主导着宇宙的构建，在这些宇宙的第一场战役中，这种建设性的力量就是明显的胜利者。

所以，就目前而言，暗物质是绝对的赢家。

【暗能量的转机出现了】

星系继续在形成，星系团随着时间的推移越来越大。但暗物质在构建宇宙的过程中取得的成功却引发了它潜在的衰败。

随着宇宙网络进化成一个更复杂的结构，细丝之间形成缝隙，宇宙的空隙。

宇宙空间的形成是因为宇宙中其他密度更大的区域在引力作用下从它们那里偷走了物质。所以，宇宙中密度大的部分是以牺牲密度小的部分为代价，积累了更多的物质。然后这些部分就变成了空洞，潜伏在这些空洞里的是暗能量。

从一开始，它就在等待机会。现在，它正在准备一场可能有助于征服宇宙的进攻。

在最早期，暗物质主宰着一切，但从长远来看，暗能量将压倒暗物质。所以这种关系完全颠倒了。

科学家们曾经认为宇宙本身的命运取决于暗物质，但事实证明并非如此。宇宙的命运完全取决于暗能量，暗物质的长期的统治可能即将结束。

黑暗能量，这个伟大的毁灭者，希望控制局面，这种毁灭性的力量有一个压倒一切的目标——将宇宙撕裂。

我们的宇宙正处于战争中，处于黑暗势力之间的无情冲突。在最初的90亿年里，暗能量被压制，暗物质占了上风。当宇宙从大爆炸中出现时，暗能量并没有发挥作用。但在大爆炸的140亿年后的，某个阶段这些角色发生了逆转，暗能量变成了更强大的力量。

问题是，什么时候？这个答案出现在20世纪末。

1999年，科学家们测量了宇宙的膨胀，他们的发现使他们感到震惊。本来预计扩张的速度将会减慢，然而事实上，它一直在增加，而且速度越来越快。

数据表明，在大约90亿年前，它的速度在减慢。但是，在过去的50亿年里，它开始加速，并且越来越快。

很长一段时间内，科学家们不感相信这是真的。当第一个数据出来的时候，他们都表示：“不，我不相信，不可能”。但它存在于数据中，它就在那里，我们无法逃避。

50亿年前，星系开始以比以前更快的速度分离。

是什么导致的呢？不过，有一件事是清楚的，它一定从某处获得了额外的能量。

有一个主要的竞争候选者可能提供这些额外的能量，一个具有排斥力的力，一个能将物体分开的力，这就是天文学家所说的暗能量。

这是一种神秘的排斥力，科学家们知道它存在于宇宙中，但不知道它是什么。

物理学家们可能对暗能量是什么意见不一，但对于排斥力的影响最大的地方——在星系和星系团之间的区域，也就是宇宙的真空地带，达成一个共识。在这个空间里，它们实际上充满了暗能量。

科学家们可以在宇宙中看到暗能量的影响，但当他们观察宇宙的空洞，也就是我们宇宙中最空旷的区域时，这个暗能量最强的地方，却一无所获。

暗能量是将物体推开的斥力，它更喜欢引力较弱的空间。这些区域的暗物质要少得多，因为总体密度很低。所以暗能量就会开始向外扩散，从而导致空洞膨胀。

所以，宇宙的膨胀和加速是由这些区域的暗能量驱动的。暗能量把阻碍它前进的各种物质比如宇宙网全部推开。暗物质和正常物质都在其路径上，它们都被推开到整个宇宙。

暗能量和暗物质之间的平衡正在缓慢而稳定地发生变化。

暗能量的力量正在势不可挡地前进，从浩瀚的宇宙空间中获取越来越多的能量。暗能量本质上很弱，每立方厘米中都有非常少的暗能量和这种排斥效应。

但宇宙浩瀚无垠，空间很大，所以累积起来，所有这些小数量的物质加起来就会变成非常大的数量。于是量变到质变，在整个宇宙的尺度上，暗能量开始占主导地位。

但这是一个漫长的过程，在宇宙大爆炸之后，暗物质在最初的90亿年里占据主导地位，然后，50亿年前，暗能量开始占上风。它导致宇宙膨胀加速, 并且空隙中的空间增长更快.

随着空间的扩张，暗能量也会越来越多, 因为空间变大了, 它是随着空间的扩张而产生的。于是导致空洞中的空洞不断膨胀。

随着宇宙因暗能量而膨胀，越来越多的暗能量被创造出来，很显然暗能量在与暗物质的较量中占了上风，最终创造出足够的能量来加速宇宙的膨胀。这种加速仍在继续，宇宙变得越来越大，所有的动力都来自于暗能量的斥力。

对于宇宙来说，这可能是非常坏的消息，如果是这样的话，暗能量可能会毁灭宇宙，它会变得越来越强，直到它真的撕裂时空的结构。

【宇宙的未来很黑暗】

暗物质和暗能量，已经相互斗争了138亿年。在最初的90亿年里，暗物质占主导地位，暗物质产生正引力。

但把一切都拉到一起会导致一个不可避免的结果。

如果宇宙完全由暗物质控制最终我们的膨胀速度会减慢，慢慢进入一个停止的状态，然后从它产生的地方坍缩成一个小而密集的状态，我们称之为大坍缩。

在大坍缩期间，引力会对宇宙造成严重破坏，星系会被拉到一起，恒星和行星会相互撞击。宇宙将在超密物质和能量的熊熊烈火中坍缩。

幸运的是，这一切可能都不会发生。科学家们现在已经排除了大坍缩的可能性。因为我们的宇宙充满了暗能量，暗能量导致宇宙做了别的事情，它正在加速宇宙的膨胀。

随着暗能量的增强，这种超级膨胀将持续几十亿年，暗能量的排斥力会变得不可战胜，而这种不受约束的力量会带来很高的代价。

宇宙的未来将会非常非常简单，它继续扩大，加速发展，万物相互分离，宇宙变得空无一物。那里将永远只剩下寒冷、荒凉和空虚的空间。

暗能量将最终赢得与暗物质的长期战争的胜利，未来的宇宙将是寒冷、黑暗和空虚的，最终它会变得非常冷，以至于什么都不会发生。这就是大冻结。

宇宙是平坦的，因为有暗能量，宇宙在严寒中消亡。星系相隔会越来越远，它们是黑暗海洋中遥远的岛屿，渐渐地，星系也会消亡，恒星停止诞生，宇宙最终消失。

或许，还会有一种更暴力的场景。在这里，暗能量不断增强，可能是因为暗能量非常强大，随着宇宙变大，它会自我繁殖。这个过程科学家们称之为幻影暗能量。

幻影能量会在虚空中不受控制地繁殖，撕裂宇宙的结构。这个过程叫做大撕裂。

想象一下，随着时间的推移，暗能量越来越多的可能性，它被称为幽灵能量，在这种情况下，它会撕裂一切，甚至黑洞。

它会撕裂星系本身……撕裂太阳系……撕裂人类……撕裂原子……

直到最后，空间本身被拉开，宇宙终将毁灭。

但大撕裂并不意味着一切的终结。此时的宇宙不会有正常物质，也不会有暗物质，在没有任何东西可以征服的情况下，幽灵能量可能会利用它的力量变成一个创造者。

最终，当到达这个虚无的终极阶段时，由于幻影能量的存在，实际上能够扭转宇宙，让它再次坍塌，然后经历一系列的反弹，所以科学家们称之为“幽灵反弹”。

随着幽灵的反弹，这个死气沉沉的宇宙中剩下的宇宙生命能量开始崩溃。最终它会变得越来越热，密度越来越大，然后炽热的地狱最终推回到另一个大爆炸中，一个从头开始的全新大爆炸。于是，宇宙的历史重新开始了……

【或者还有其他的可能性】

其实上面说了那么多，都是科学家们推测性的理论。科学家们对宇宙的过去现在和未来的理解，很大程度上是基于对两种看不见的力量——暗物质和暗能量的有根据的猜测。

也许暗物质和暗能量并不存在，宇宙中没有新事物，一切皆有可能。

特别是暗能量，可能并不真实，所以也许有其他东西在推动宇宙分离。

还有一种可能是，有其他的宇宙在向外拉，也就是说，在我们的宇宙外面可能还有其他的宇宙。

但现在大多数理论物理学家和天体物理学家认为暗能量是真实存在的，因为这似乎是对各种观测的最简单的解释。

但没有人真正知道暗能量是由什么组成的，也许答案就在过去。

目前关于暗能量的最好的理论是，最简单也是最古老的理论，这个理论认为暗能量是宇宙常数。

是爱因斯坦在1917年提出了宇宙常数的概念。他认为空间有自己的能量，这种能量可以影响宇宙膨胀的方式。

当埃德温·哈勃证明宇宙正在膨胀时，爱因斯坦认为宇宙常数是他最大的错误。但对宇宙加速膨胀的观测表明爱因斯坦一直都是正确的。

如果科学家们重新引入了这个概念，因此，爱因斯坦最大的错误实际上可能是他最大的胜利。

但要理解黑暗宇宙的真正本质，科学家们可能需要重新评估对引力的认识。当科学家们试图理解暗能量和暗物质时，很有可能我们的引力基本理论是错误的，广义相对论也不是完全正确的。

爱因斯坦的广义相对论解释了引力如何工作，恒星如何在星系中运行，行星如何围绕恒星运行的。

一些科学家想知道改变这个理论，是否会帮助我们理解黑暗的宇宙？也许可以通过修改现有的引力理论来有效地模拟暗物质的行为。但成功修改爱因斯坦的引力理论是一个巨大的挑战。

爱因斯坦的方程是非常稳健的，几十年来，理论物理学家一直在玩弄爱因斯坦的方程式，试图找到解释暗物质和暗能量的方法，或者让它们消失。

到目前为止，还没有人做到这一点，黑暗宇宙持续存在……

无论是暗物质还是暗能量，它们都是现在物理学的未解之谜，也许我们需要再出现一个“爱因斯坦”来解决这个问题。只是现在还没有出现，这个“爱因斯坦”会是看到这篇科普文的读者中的你吗？

最后放上两张伟大科学家：爱因斯坦和埃德温·哈勃的照片。