宇宙存在「暗」主宰？

　　暗物質：看不見但有引力

　　得知記者對暗物質及暗能量的好奇心之後，中國科學院國家天文臺研究員趙永恆特意向記者進行了科普。

　　他說，普通物質是那些在一般情況下能用眼睛或藉助工具看得著的東西，近如身邊的一草一木，遠如夜空的繁星點點，都是人們所熟知的。而在65年前，科學家通過天文觀測和理論研究發現，其實在宇宙中，除了普通物質之外還存在著神秘的不可視的暗物質。普通物質總是能與光發生相互作用，抑或在一定的條件下自身就能發光。也就是說，即使普通物質藏身於最黑暗的角落，只要人們拿上手電筒筒照上一照，總能發現它們。但暗物質恰恰相反，它根本不與光發生作用，更不會發光。因為不發光、與光不發生作用，所以在天文上用光的手段絕對看不到暗物質，不管是電磁波、無線電，還是紅外射線、伽馬射線、X射線，統統這些光的方法都毫無用處。但是暗物質能感覺到，不是靠光，而是靠引力。

　　現在人們對暗物質的認識是，它起到的惟一的作用就是引力作用。萬物之間存在萬有引力，暗物質就是通過物質的這一特性才被發現的。趙永恆說，太陽系有九大行星圍繞太陽旋轉，越往外其轉動的速度越低，比如地球繞日速度是每秒30公里，高於火星，而火星的速度又高於位於它之外的木星，這是典型的中間有一顆大恆星的行星系表現。但科學家在觀測宇宙其他一些星系（包括銀河系）中的恆星運行速度時，發現越往外，圍繞中心的速度並不都是衰減下去，而是和內圈恆星的速度差不多。這與越往外，物質越少，引力也越小，速度也應該越低的常規不符。由此可以反推，此時雖然外圈的那些能被直接觀測到、數出來的星星數目變少了，但其實內部的物質數量並沒有減少，引力也沒有變小，只不過觀測不到而已，因此這些物質被稱為「暗物質」。

　　那暗物質的物理組成到底是什麼？這一問題是目前研究的熱點之一。科學家們早先推測它可能由一種不帶電的、質量很輕的、數目繁多的中微子構成，中微子的運動速度很快，可稱之熱暗物質；相對的，候選者還有可能是種質量大的、運動慢、引力大的冷暗物質粒子。天文學家後來在實際的觀測和計算當中發現，答案更傾向於後者。冷暗物質粒子很可能是宇宙早期遺留下來的穩定、弱作用的重粒子（WIMP）。

　　暗能量：閃過愛因斯坦的腰

　　暗物質看不見但它還有引力作用，暗能量相比較而言就更加邪乎了，它不僅看不見，連引力作用也沒有，所以不好以物質命名。目前世界上的天文學家認為，暗能量在宇宙中起斥力作用，但又不能嚴格說其是一種斥力，只能稱其為能量。宇宙大爆炸時發生膨脹，產生的能量把物質往外排斥，暗能量斥力作用的發現，使學者們認識到，宇宙不光是在膨脹，而且還是在加速膨脹。

　　趙永恆說，暗能量在宇宙中更像是一種背景，它就像是空氣對於我們，或者是大海對於魚兒一樣，根本讓人感覺不到它的存在，但它確確實實的存在著，且起著非同一般的作用。所以又有人把暗能量稱之為「真空能」，在物理上它表現得更像一個真空。上世紀20、30年代，就有科學家認為真空不空，只是物理的探測儀器探測不到「真空」中存在著什麼，並非真的什麼都沒有。

　　暗能量的存在到1998年才被天文學家初步證實。但對它理論上的猜測可追溯到愛因斯坦生活的年代，愛因斯坦在1915年提出了廣義相對論，世界上的物理學家、數學家隨即開始解其中的引力方程，方程解出之後，人們結論是宇宙不會完全靜止，宇宙沒有靜止點。方程的第一種解是，如果宇宙只存在引力，沒有別的力作用的話，出於相互吸引，宇宙不可能靜止；另一種解是，宇宙爆炸的那一瞬間獲得了一個初速度，向外膨脹，但由於引力作用往回拉，宇宙肯定越脹越慢，所以宇宙不是膨脹就是收縮，不可能靜止。愛因斯坦得知結果之後，他從哲學思想上覺得這兩種解都不合適，按他的想法宇宙應該是靜止的，不能永不停息的運動。因此，愛因斯坦又往廣義相對論引力方程中引入了一個項，叫「宇宙常數」。這個宇宙常數起的就是排斥力的作用，有了該常數之後，引力方程同時具備了引力和斥力，正好能夠達到平衡，可讓宇宙「靜止」下來。

　　沒過多久，上世紀的20年代，美國著名天文學家哈勃（著名的「哈勃空間望遠鏡」以他命名）經過觀測發現，宇宙確實是在不斷膨脹，他根據星系的距離和運行速度證實，離我們越遠的星系向外運動的速度越快。自然，這是宇宙正在膨脹的表現。這一觀測結果完全與引入「宇宙常數」之前的引力方程的計算結果相契合，迅速得到了世界上絕大多數科學家的認可。

　　愛因斯坦非常後悔，他本來是想把宇宙「靜止」下來，但實際的宇宙是在膨脹著。他因此承認：「引入宇宙常數是我這一生所犯的最大錯誤！」此後數十年間，「宇宙常數」無足輕重。

　　儘管如此，由於愛因斯坦是大科學家，又提出了廣義相對論，他提出的「宇宙常數」並未徹底被科學家們遺棄，一小部分科學家此後在將觀測結果與理論進行對比的時候，常常會把此常數捎帶上。如果計算結果顯示「宇宙常數」等於0，就證明該數確實不能用；反之，就證明愛因斯坦引入一個常數的思路是對的，只不過是這個常數起的作用不是愛因斯坦的初衷，而是別的什麼。

　　1998年，兩個國際組織的天文學家們，在南極用氣球搭載無線電波探測儀器探測宇宙微波背景，也就是宇宙大爆炸之後的殘留，他們並沒有探測全天的，只是探測了一小塊，但即使如此，探測完之後，他們馬上得出結論：「宇宙常數」不等於0！不僅不等於0，而且在整個宇宙中所佔比例還很大。此後，「宇宙常數」正式被稱為「暗能量」。近年來，科學家們一再通過各種的觀測和計算證實，暗能量在宇宙中佔主導地位，約達到73％，暗物質佔近23％，普通物質僅約佔4％。睿智如愛因斯坦者也許不會想到，當初他認為是錯誤的，讓他極為懊悔的「宇宙常數」竟然是極有道理的，幾乎可稱得上是宇宙的本質，這不能不說是科學與科學家開的一個超級玩笑。

　　而對於整個人類的認知來講，這是個十足的悖論：宇宙中所佔比例最多的反而是最遲也是最難為我們所知曉的，我們至今僅知道它們存在著，但性質如何，我們一無所知。

　　暗物質和暗能量：一朵烏雲

　　談及暗物質和暗能量被證實的意義，趙永恆說，人類對宇宙奧秘探索的好奇心似乎與生俱來。以前我們知道有暗物質，在對它還未有多少瞭解的時候，我們又發現了暗能量的切實存在。這說明，一方麵人類現在對宇宙奧秘的瞭解越來越多，另一方面我們所要面對的未知也越來越多。而這日益深遠的未知又反過來不斷刺激著人類去探索宇宙背後的真相。

　　從哲學角度講，暗物質、暗能量存在的相繼被證實對人們的觀念是一次極大的衝擊和突破。當年哥白尼僅僅將宇宙的中心從地球搬到太陽，就引起了全世界的軒然大波，人們不得不重新審視自身在宇宙中所扮演的角色。之後，天文學上的發現不斷地突破人們的剛剛建構的關於宇宙中心知識體系，地球不是中心，太陽也並非就是，銀河系也不是，隨著愛因斯坦的廣義相對論一出，人們恍然大悟：宇宙根本沒有中心。

　　暗物質和暗能量的存在同樣是以前人類無法想像的事情，但它們真的就在這浩淼的宇宙中。那些閃爍的天體相對來說，是我們最熟悉的，每個孩子都曾仰望過夜空，數過星星。我們一直以為滿天繁星就已經夠多了，宇宙中還有什麼能比得上它們？但事實上，它們卻是「弱勢群體」，僅佔宇宙總能量的0．4％，剩下的絕大部分都是我們知之甚少或乾脆一無所知的，這怎不讓人驚心動魄！

　　有人形容暗物質和暗能量是21世紀理論物理學的「一朵烏雲」。而在19世紀末的時候，理論物理學也曾經飄過「兩朵烏雲」，到了20世紀初這其中的一朵變成了廣義相對論，另一朵變成了量子力學，極大地促進了科學的發展。所以可以預期，一旦暗物質和暗能量這朵烏雲煙消雲散，人類肯定會獲益匪淺。