宇宙中的“三種物質”
宇宙結構其實可以大致概括為三種物質，它們分別是正常物質，暗物質和暗能量。正常物質也被叫做重子物質，恆星，行星，人類和宇宙中所有其他可觀測天體其實都是重子物質。宇宙浩渺無垠，巨大無比的星系，距離我們數億光年的星雲，這些可見的物質其實只佔宇宙的最小比例……
天文學家觀察宇宙的時間越長，他們的疑問就越大，也就越需要探尋更多的理論和數據來解釋這一切。這些奇怪的“物質”不是正常原子構成，也和萬有引力完全相悖，它們相對於我們來說似乎是隱形的，看不見也摸不著，似乎沒有質量，不反射任何光芒。但是它們卻無形的影響著宇宙……這就是暗物質與暗能量的獨特性質。
宇宙網結構是宇宙中最大的結構，無限蔓延的宇宙網結構組成了可觀測的正常物質
從質疑到探索，天文學家的求真之路
在1990年代初期，宇宙正在膨脹是天文學家的共識。當時，天文學家認為宇宙內部具有足夠的能量密度來阻止其膨脹和塌縮，隨著時間的流逝，重力必定會減緩膨脹。不過很奇怪，天文學家沒有觀察到宇宙膨脹有減速的情況，但是從理論上講，宇宙膨脹的速度是一定會減緩的。
1998年，哈勃太空望遠鏡對非常遙遠的超新星進行觀測，觀測後表明，很久以前，宇宙的膨脹速度實際上比現在慢。因此，宇宙的膨脹並沒有因為引力而減慢，反而一直在加速。當時沒有人預料到這一點，也沒有人知道如何解釋它。
哈勃太空望遠鏡，升空以來提供了許多科學數據，未來將由詹姆斯韋伯太空望遠鏡集成
對於我們的宇宙，未知的比已知的多太多了。整個宇宙當中，大約68％的宇宙是暗能量，暗物質約佔27％。其餘的東西，包括地球上的一切，用我們所有儀器觀測到的一切，所有正常物質總計不到宇宙的5％。暗物質幾乎不與正常物質產生反應，而暗能量幾乎遍佈宇宙，主宰著宇宙未來的命運。
尋找暗能量，一種可以左右宇宙命運的神秘力量
關於暗能量的一種解釋是，它是空間的一種性質。愛因斯坦是第一個認識到宇宙的空白並不是真正“空白”的人。太空具有驚人的特性，其中許多才剛剛被人們理解。宇宙中看起來空的地方擁有自己的能量，此能量是空間本身的屬性，不會隨著空間擴展而被稀釋。隨著更多空間的出現，更多的空間能量也會出現，所以暗能量會導致宇宙膨脹的越來越快。
宇宙中的結構佔比，暗能量大約佔比70%，而暗物質大約佔比26%，正常物質佔比有5%
正常物質和暗物質會產生引力，使物體聚集在一起。而暗能量與重力完全相反。它導致天體結構被推開，漸行漸遠。要了解暗能量，請考慮將球拋向空中時會發生什麼。由於重力的作用，它上升並逐漸減慢。最終，球停在半空中，然後掉回地面。現在想象一下，一旦球扔起來，它就會不斷地飛起來，越來越快，而不是回到地面。這種情況在地球上不可能發生，但這其實就是暗能量的屬性，也可以理解為反引力。
暗能量的另一種解釋是，它是一種新型的動能流體或場，它充滿了整個空間，但對宇宙膨脹的影響卻與正常物質相反。正常物質在宇宙膨脹中的作用類似於馬的韁繩，及時懸崖勒馬，宇宙才能有光明的未來，最終才不會有“撕裂”的結局。但是，正如大家看到的，重子物質在宇宙中幾乎不起作用……
宇宙可視化圖像，由於暗能量，宇宙中的星系正在不斷遠離，宇宙膨脹的速度也越來越快（前提為宇宙形狀為球形，宇宙形狀目前還沒有具體定論）
那麼宇宙空間如何獲取暗能量呢？或者說暗能量的來源在哪裡呢？一種解釋來自物質的量子理論，如果按照這種理論，空白的空間實際上充滿了不斷形成然後消失的臨時“虛擬”粒子，而這些虛擬粒子之間可以相互作用形成巨大的能量場影響宇宙。還有天文學家認為暗能量與暗物質既然是構成宇宙的兩大結構，它們相結合可以完全左右宇宙的命運，或者說它們之間會有什麼奇怪的特性……
目前天文學家已經瞭解了暗能量是如何通過加速改變宇宙整體膨脹率的，其次，天文學家也觀察到暗能量是如何影響星團和超級星團擴張的。在宇宙過去的70億年裡，天文學家已經確定這兩種效應的過程，這是迄今為止最遙遠的觀測統計。
第三次斯隆宇宙調查SDSS-III調查了部分宇宙結構，這是一種重子物質振盪光譜調查，這類調查可以讓科學家們瞭解宇宙中重子物質的距離尺度
尋找暗物質，逐漸瞭解暗物質是宇宙學研究的重點
雖然天文學家不知道暗能量與暗物質的性質，但是天文學家們可以證明暗物質與暗能量的存在，如何證明暗物質與暗能量的存在，是當今宇宙學研究的重點。
暗物質與正常物質不同，也不會與正常物質發生反應，暗物質也不會與電磁力相互作用。這意味著它不會吸收，反射或發射光，因此很難發現。現在天文學家可以從暗物質對可見物質的引力作用中推斷出暗物質的存在。
這兩張偽彩色圖像比較了宇宙中正常物質（紅色，左側）和暗物質（藍色，右側）的分佈，該圖結構的亮度對應於物質的密度。該地圖覆蓋的天空面積是滿月角直徑的9倍，是有史以來獲得的最大暗物質分佈樣本照片。
質量與引力的不對等
其實通過觀察星系團中的重力也可以發現暗物質，瑞士天文學家Fritz Zwicky試圖通過對星系團中每個可見星系的質量求和來測量其總質量。結果他發現它們的總質量不足以產生可探測到的引力，也就是說質量與產生的引力完全不成比例……
星系團（例如Abell 370）中的引力透鏡現象正在幫助科學家測量暗物質的分佈。
所以僅憑可見物質產生的引力是不足以讓星系們聚集在一起的。因此，Zwicky得出結論，在星系內部和周圍一定存在某種不可見的東西。這個物質增加了額外的質量以產生重力，重力製造的引力足以形成星系團。Zwicky稱這種看不見的物質為暗物質。
現在出現了更多有關暗物質存在的證據。星系的照片顯示，它們的大部分光線，也就是說星系的大部分恆星都聚集在星系中心附近。因此，銀河系的大部分質量都集中在其中心，這意味著銀河系中心的重力要強於銀河系的外圍區域。所以天文學家預計銀河中心附近的恆星將比遠處的恆星移動得更快。但是，測量結果表明，無論它們距中心的距離如何，恆星的軌道速度在各處都是相同的。
左邊是費米太空望遠鏡在銀河中心探測到的1至3.16 GeV能量之間的伽馬射線圖。紅色代表伽馬射線暴的最大數字。移除所有已知的伽馬射線源(右)會發現暗物質湮滅可能會導致暗物質過量噴射。
這又是一個奇怪的地方，所以天文學家結論是一定有一個遍佈整個銀河系的不可見的物質，這樣遠離中心的恆星不僅會感受到中心物質的引力，而且還會感受到其他物質的引力。
引力透鏡
暗物質是否存在也可以通過引力透鏡現象來證明，當用望遠鏡觀察遙遠的星系時，儘管沒有觀測到任何可見物質，但是天文學家仍觀察到了來自遙遠源頭的奇怪的環和光弧。
銀河系中心的伽馬射線明亮爆發可能是暗物質活躍的結果。多年來，物理學家已經知道銀河系中心能量以伽馬射線的形式存在著，伽馬射線是電磁頻譜中最活躍的波。
愛因斯坦發現重力與空間曲率相同，這導致光沿該曲率傳播，而不是沿直線傳播，所以遇到一些重量的物質，光會被彎曲。因此，引力或者重力形成的區域可以充當一個重力透鏡，也被稱為引力透鏡。這表明存在不可見質量，該質量正在產生重力扭曲光線。
橢圓星系團的引力是如此之強，以至於它們影響到了其後星系的光線。引力透鏡效應可以極大地改善觀察效果，因為重力會使光的路徑向哈勃方向彎曲，這樣可以使天文學家間接觀察暗物質對天體結構的影響
另外，現在天文學家建議可以通過從根本上修改引力理論來解釋暗物質的影響。這個想法提出，在宇宙的範圍內，引力的作用與地球不同。
暗物質與暗能量，也許是宇宙的另一個考驗
暗物質與暗能量是當今宇宙學的一大迷題，如果人類想要真正瞭解宇宙如何運作，如何演化，最終如何滅亡，就必須瞭解暗物質與暗能量。現代天文學家足智多謀，他們一直在嘗試多種辦法觀測或者間接觀測暗物質與暗能量。
宇宙觀測，它們都是人類觀測宇宙的眼睛，包括地面站和太空望遠鏡等等
就像剛剛發現黑洞一樣，剛發現黑洞的時候人們也不知道怎麼觀測……但是之後天文學家通過周圍恆星的非正常運動軌跡發現瞭如何觀測黑洞，現在的天文學家通過黑洞史瓦西半徑周圍吸積盤結構可以確定黑洞的多個特性，比如自旋，種類，黑洞的視界直徑等等。
面對暗物質與暗能量，我們也可以採取這種間接觀測的方式推測暗物質與暗能量的性質，從而不斷加深瞭解。也許，這是宇宙給人類的又一個驚喜與考驗，就是想看看處在文明初期的我們能否洞察宇宙的奧秘……
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