北京時(shí)間8月27日消息，宇宙中存在數十億個(gè)星系和數萬(wàn)億顆恒星，還有數不清的行星、衛星、小行星、彗星、塵埃和氣體云，所有這些天體的構成要素是什么?它們又從何而來(lái)?

　　氫是宇宙中最常見(jiàn)的元素，其次是氦，二者幾乎構成了所有的常規物質(zhì)。然而，常規物質(zhì)只占宇宙的一小部分，大約5%。宇宙的其余部分都是由看不見(jiàn)的東西構成的，只能通過(guò)間接方法進(jìn)行探測。

　　大部分是氫

　　一切都始于大約138億年前的一次大爆炸，當時(shí)，溫度極高且密度極大的物質(zhì)突然向四面八方迅速膨脹，幾毫秒后，中子、質(zhì)子、電子、光子和其他亞原子粒子組成了新生的宇宙，它們以大約1000億開(kāi)爾文的溫度不斷碰撞，做著(zhù)高速運動(dòng)。

　　元素周期表中所有已知的元素，以及宇宙中每一個(gè)天體，從黑洞到大質(zhì)量恒星再到太空塵埃，都是在大爆炸期間產(chǎn)生的。我們甚至不知道在如此熾熱、密集的環(huán)境中是否存在適用的物理定律。

　　大爆炸后大約100秒，宇宙溫度下降到10億開(kāi)爾文，依然在沸騰，大約38萬(wàn)年后，宇宙冷卻到足夠讓質(zhì)子和中子聚集在一起形成鋰、氦和氫同位素氘，而自由電子被捕獲形成中性原子。

　　因為在早期宇宙中有很多的質(zhì)子，氫作為最輕的元素，只有一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子，成為最豐富的元素，占宇宙原子的近95%。美國國家航空航天局(NASA)的研究稱(chēng)，宇宙中近5%的原子是氦。在大爆炸后大約2億年時(shí)，第一顆恒星形成了，同時(shí)產(chǎn)生了其他的元素，這些元素只占宇宙其余1%的常規物質(zhì)中的一小部分。

　　看不見(jiàn)的粒子

　　宇宙大爆炸期間還產(chǎn)生了另一種看不見(jiàn)的事物：暗物質(zhì)。然而，科學(xué)家還無(wú)法說(shuō)明暗物質(zhì)是以什么形式出現的，因為我們還沒(méi)有探測到這些粒子。

　　在宇宙學(xué)中，暗物質(zhì)是無(wú)法通過(guò)電磁波觀(guān)測進(jìn)行研究，即不與電磁力產(chǎn)生作用的物質(zhì)，目前，科學(xué)家只能透過(guò)引力效應來(lái)推測宇宙中大量暗物質(zhì)的存在，因此，暗物質(zhì)目前還不能直接觀(guān)測到，但是我們可以從宇宙的第一束光亮，即宇宙微波背景輻射中尋找暗物質(zhì)的微小波動(dòng)，從中獲得相關(guān)的信息?？茖W(xué)家在20世紀30年代首次提出暗物質(zhì)的存在，認為暗物質(zhì)通過(guò)看不見(jiàn)的引力作用，將快速移動(dòng)的星系團聚集在一起。

　　幾十年后的20世紀70年代，美國天文學(xué)家維拉·魯賓在研究恒星自轉速度時(shí)發(fā)現了更多暗物質(zhì)存在的間接證據，她發(fā)現星系外側的速度比理論預期的快得多，因此推測可能存在相當數量的暗物質(zhì)，使這部分不致因過(guò)大的離心力而脫離星系。

　　根據這位科學(xué)家的發(fā)現，天體物理學(xué)家計算出，暗物質(zhì)——即使看不見(jiàn)或測量不到——應該占宇宙的很大一部分，大約20年前，科學(xué)家發(fā)現宇宙中存在著(zhù)比暗物質(zhì)更奇怪的東西：暗能量。在宇宙組成中，暗能量被認為比常規物質(zhì)或暗物質(zhì)都要豐富得多，暗物質(zhì)很可能由一種(或幾種)粒子物理標準模型以外的新粒子構成，對暗物質(zhì)和暗能量的研究是現代物理學(xué)和粒子物理學(xué)的重要課題。

　　不可抗拒的力量

　　暗能量假說(shuō)是對宇宙加速膨脹的解釋中最為流行的一種。暗能量的發(fā)現，源于科學(xué)家想知道宇宙是會(huì )加速膨脹，還是會(huì )減慢膨脹，甚至向內坍縮。

　　當研究人員進(jìn)行研究時(shí)，他們發(fā)現宇宙不僅沒(méi)有向內坍縮，而且還在以前所未有的速度向外膨脹，研究人員斷定，一種未知的力量——被稱(chēng)為暗能量——正在推動(dòng)宇宙膨脹，并加速其動(dòng)量，這些發(fā)現讓物理學(xué)家亞當·里斯、布萊恩·施密特和索爾·珀爾馬特贏(yíng)得了2011年的諾貝爾物理學(xué)獎。

　　科學(xué)家發(fā)現，暗能量占宇宙的70%到75%，與此同時(shí)，暗物質(zhì)約占20%到25%，而所謂的常規物質(zhì)——我們實(shí)際上能看到的東西——估計只占宇宙的不到5%。事實(shí)上，暗能量并不是真正的能量。在愛(ài)因斯坦的理論中，能量是指所有具有引力效應的事物，包括常規物質(zhì)、反物質(zhì)、光和暗物質(zhì)，相比之下，暗能量并沒(méi)有引力效應，其導致宇宙加速膨脹的效應有時(shí)被稱(chēng)為“引力排斥”，使星系彼此遠離。

　　2010年，科學(xué)家發(fā)現宇宙物質(zhì)的72.8%為暗能量，22.7%為暗物質(zhì)，4.5%為常規物質(zhì)。2013年，普朗克衛星的數據是暗能量為68.3%，暗物質(zhì)為26.8%，常規物質(zhì)為4.9%。

　　考慮到暗能量約占宇宙的四分之三，因此理解暗能量無(wú)疑是當今科學(xué)家面臨的最大挑戰，雖然暗能量在過(guò)去的宇宙演化中沒(méi)有發(fā)揮巨大的作用，但它將在未來(lái)發(fā)揮主導作用，因此，宇宙的命運取決于暗能量的性質(zhì)。
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