最大的谜团：宇宙的其余部分在哪里？

暗能量和暗物质之间“宇宙拉锯战”的插图。

科学家们试图对宇宙中的所有物质和能量进行详细的盘点，却遇到了一个奇怪的问题——其中绝大多数都不见了。

“我称之为宇宙的黑暗面，”芝加哥大学的宇宙学家迈克尔·特纳说，他指的是暗物质和暗能量的巨大奥秘。

事实上，宇宙中只有4%的物质和能量被发现。另外96%仍然难以捉摸，但科学家们正在太空的最深处和地球的最深处寻找答案，以解开这两个黑暗的谜题。

遗漏事项

爱因斯坦的量子方程“E=mc^2”将能量和物质（或质量）描述为一体——宇宙图是指能量-物质的组合，简称能量密度。暗物质被认为占宇宙质量/能量饼的22%，探测暗物质的问题在于光不会与之相互作用。

但它确实表现出了引力的牵引力。

这种神秘物质的最初发现是在75年前，当时天体物理学家注意到星系团中的一个异常现象：银河星系团的引力是它应有的数百倍，远远超过了它可见的恒星质量。

伊利诺伊州费米国家加速器实验室的天体物理学家Scott Dodelson说：“我们可以非常准确地预测太阳和行星的运动，但当我们测量遥远的东西时，我们会看到异常。”“暗物质是目前最好的解决方案，尽管我们从未见过。”

暗物质的另一个标志是引力透镜，类似于光线穿过一块抛光玻璃的效果。像太阳这样的大质量物体可以弯曲光线，但巨大的暗物质云在宇宙中产生“气泡”，放大、扭曲和复制其背后星系或恒星的光线。

引力研究最近揭示了子弹星系团以及一个名为ZwCl0024+1652的碰撞星系团周围的环中存在看不见的质量的证据。

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尽管有幽灵般的证据，但研究人员还没有确定暗物质的碎片。Dodelson说：“在我们真正发现粒子之前，我们还没有回家。”

粒子物理学家已经探测到中微子，这是一种极轻的粒子，从太阳中倾泻而出，几乎不会与普通物质相互作用，但特纳表示，它们在宇宙中的暗物质中只占极小的一部分。

特纳在谈到中微子时说：“让帮派的一名成员疲惫不堪，但没有让帮派头目疲惫不堪。”他认为领导者实际上是一个WIMP：一个弱相互作用的大质量粒子。不幸的是，WIMPS只是一种理论。

他们认为WIMP非常重，但就像中微子一样，它们很少撞击物质产生可探测的信号。但是，WIMPS（如理论轴子或中性粒子）可以撞击可见物质的想法给科学家们带来了希望。

特纳说：“这个故事可能很快就会结束。”他指出，在明尼苏达州苏丹矿进行的冷源暗物质搜索和其他地下实验应该足够灵敏，可以探测到WIMP。

反重力

也许最神秘的是暗物质的大表亲，暗能量。

这种不可见的力被认为是一种大规模的“反引力”，将星系团推开，导致宇宙无法解释的加速膨胀。特纳认为暗能量是所有暗能量中最大的谜团——而且确切地说，因为物理学家预测暗能量占宇宙能量密度的74%。

特纳在谈到这种难以捉摸的力量时说：“Sofar，暗能量的最大成就就是给它起了个名字。”“我们真的处于这个谜题的最开始。”

Turner将暗能量描述为“非常奇怪的东西”，最好被认为是无法分解为粒子的滞弹性、排斥引力。特纳说：“我们知道它的作用，但我们不知道它是什么。”

当天体物理学家深入太空以收集更多关于暗能量效应的细节时，特纳指出，理论物理学家正专注于解释暗能量的实际作用。在这一点上，他开玩笑说，任何物理学家对暗能量的解释都可能足够好，值得考虑。

特纳说：“如果你愿意的话，我们正处于黑暗能量存在的犯罪现场的早期阶段。”“这是一个极具创造力的时期，现在是创意的时候了。”