明明我們看不到暗物質和暗能量，為何又能確定它們的存在？

本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。

從古希臘至今，人類探索宇宙有3000年的歷史，但是諷刺的是，從一開始，學者以為人類就是宇宙的中心，整個宇宙都繞著地球轉。到現在，人類猛然發現，地球不僅不是宇宙的中心，就連太陽也不是。

還有，宇宙中絕大多數的物質其實是我們看不到的，實際上，我們能看到的只有不到5%。其餘的到底是什麼，我們又為什麼看不到呢？

這其實就和

暗物質、暗能量

有關。

電磁相互作用

說起“暗物質”，它常常和暗能量成組出現。實際上，無論是暗物質還是暗能量，本質上都是基於某種物理學現象而得出的，它們具有完全不同的作用。但從字面上看，我們會發現，這兩個都有一個“暗”字。那這個“暗”字到底是咋回事呢？為什麼都會這樣去命名呢？

我們今天就先從命名出發來理解暗物質，順便一起把暗能量說一下。

在我們這個宇宙中，存在著物質粒子，比如：我們熟悉的原子。實際上，原子並不是最小的物質粒子，因為它是可再分的，可以再分為質子和中子，電子。電子不可再分，但是質子和中子還可以繼續再分，可以分為夸克。

我們要知道，夸克和電子這類基本粒子，不可能平白無故就聚合在一起。實際上，在宇宙中還存在著四種作用力，它們就像粒子的膠水一樣，聚合了粒子。這四種作用力分別是：

強力、弱力、電磁力和引力

。

其中強力和弱力被稱為核力，意思是它們是構成原子核的力。而我們也都知道引力其實是物質之間彼此吸引的力。那電磁力呢？

電磁力就是我們日常生活中所接觸到的各種作用。我們常說的彈力、摩擦力其實都是電磁力。更重要的是觀測，我們看到東西，

本質上是光子進入了我們眼睛，和我們眼部的細胞發生了作用，我們才看到的。而觀測天體時所採用的觀測裝置也是利用電磁力

。

說白了，在日常生活中除了引力就是電磁力，我們基本上接觸不到強力和弱力的。那這又和“暗”字有什麼關係呢？

實際上，利用電磁力來觀測是有一定的弊端的，

這意味著如果一個物體不參與電磁力的作用，那我們就沒有辦法觀測到它

。有一種叫做中微子的粒子就是這樣，所以，捕捉中微子特別費勁。

不僅如此，暗物質和暗能量也是這樣的，而這裡的

“暗”說的就是不參與電磁力的作用

。那麼問題來了，既然我們看不到它們，又憑什麼確信它們就存在呢？

其實答案還在“力”上。

暗物質和暗能量為什麼存在？

在上文，我們提到了科學家家觀測，其實利用到的是電磁力。但在宇宙中還存在其他三種作用力，其中引力我們就經常接觸。

科學家發現“暗物質”就和引力有關。

具體來說是這樣，科學家發現，根據理論計算，我們可以算出星系周邊的恆星運動速度。結果，他們發現這些恆星都跑的飛快。

就拿太陽系來說，太陽繞著銀河系質心的速度理論上應該是160km/s，可實際觀測得到的結果卻是240km/s。

這有啥奧妙呢？其實我們可以想象一下，你甩起一個帶線的耳機，當你甩得越來越快的時候，其實你拽住耳機的力就越大。也就是說，太陽跑得越快，實際上銀河系所提供的引力就越大。但是，我們看到的物質所能提供的引力並不足以支援太陽運動得那麼快。這就說明，

一定還存在著某種物質提供了額外的引力

。科學家就把這種物質稱為：暗物質。

科學家還可以透過理論基礎出暗物質在宇宙中的佔比，目前來看，暗物質比可見物質的5倍還要多。

暗能量的發現其實很類似於暗物質，1998年，科學家透過觀測Ia型超新星，就發現宇宙在加速膨脹，而我們要知道的是暗物質和已知物質其實提供的都是引力，也就是向內聚合的力，而宇宙要加速膨脹，意味著宇宙還存在著促使宇宙膨脹的物質，它就被我們稱為暗能量。暗能量提供的是和引力相反的斥力，目前，我們只知道暗能量和空間有關。

除此之外，我們透過宇宙微波輻射還可以計算出暗能量的含量，最終，科學家驚訝地發現，宇宙中大多數的都是暗能量和暗物質，而可見物質其實只佔了不到5%。

暗物質和暗能量目前已經是世界各國最前沿的研究方向，關於暗物質的觀測已經有了各種直接或者間接觀測的證據，也有了暗物質相關的理論。而暗能量目前還比較難搞清楚的。