什么是暗能量和暗物质？是否能用简单的语言详细解释？

1. 什么是暗能量和暗物质？是否能用简单的语言详细解释？

宇宙中27%是由一种神秘的物质暗物质和68%的无形能量组成的（只有剩下的5%是可见的普通物质）。


这两种东西与电磁波和光不相互作用。所以都是完全隐藏起来看不见的。然而，它们对空间中的物体有着强烈的引力效应，这就是为什么它们在太空中的存在是可以预测的。

暗物质通过施加引力吸引其他物体。每个星系中暗物质的数量足以容纳星系中的所有物体。它负责维持宇宙的结构。

而暗能量通过反向引力排斥物体，将其推开。它负责宇宙的膨胀。宇宙中星系间隙内的暗能量以72千米每秒每3.09×10⁹km的速度使两个星系间的距离加速膨胀。也就是说，由于这种看不见的暗能量，宇宙正在加速膨胀！


我们知道黑洞使光在视界附近弯曲。但是黑洞本身并不能使光线弯曲。暗物质的引力如此之大，以至于它能使星系周围的光线弯曲。这种效应被称为引力透镜效应。然而，暗物质和暗能量的真正性质仍然是未知的。许多人认为暗物质可以由某种“奇异粒子”组成。

我们的银河系可能生活在一个由暗物质组成的影子星系的顶部，而我们甚至没有注意到它。


科学家已经能够绘制出暗物质地图，尽管他们认为暗物质是隐藏的。


暗物质可能控制着平行宇宙，平行宇宙可能存在于另一个维度。

相关知识

在宇宙学中，暗物质，是指无法透过电磁波的观测进行研究，也就是不与电磁力产生作用的物质。人们目前只能透过重力产生的效应得知，而且已经发现宇宙中有大量暗物质的存在。

现代天文学经由引力透镜、宇宙中大尺度结构的形成、微波背景辐射等方法和理论来探测暗物质。而根据ΛCDM模型，由普朗克卫星探测的数据得到：整个宇宙的构成中，常规物质（即重子物质）占4.9%，而暗物质则占26.8%，还有68.3%是暗能量（质能等价）。暗物质的存在可以解决大爆炸理论中的不自洽性（inconsistency），对结构形成也非常关键。暗物质很有可能是一种（或几种）粒子物理标准模型以外的新粒子所构成。对暗物质（和暗能量）的研究是现代宇宙学和粒子物理的重要课题。

2. 神秘的暗能量，是否真的不能和弦理论相容呢？

尚有争议的一篇新论文认为现今宇宙中暗能量分布情况或许根本不可能在弦理论所允许的宇宙“景观”中存在。这篇论文由著名的哈佛大学弦理论学家坎润·瓦法与其合作者们共同撰写；从弦理论出发，他们推演出一个规定了哪些物质是宇宙允许存在，哪些物质是宇宙禁止存在的简单公式。作为“万物理论”的主要候选者，弦理论将引力与量子物理学结合到一起，并将所有物质和力定义为微小能量链振动。


博科园-科学科普：这一理论大约允许10^500种不同解决方案存在，因此便形成了一个巨大、复杂多样的宇宙“景观”。像Wrase和瓦法这样的弦理论学家多年来一直致力于将特定宇宙放入到充满这种可能性之中。目前，瓦法和同事们猜测，我们观念上的宇宙或许在弦理论景观中根本不存在。如果这一猜想成立，宇宙与先前假设的会有大有差异，否则弦理论必定是错误的。瓦法在日本冲绳第2018弦会议上提出了这一猜想，由此引发了激烈的场外争论。
世界各地的物理学家各持己见，赞同声反对声不绝于耳。这场争论相当混乱，但同时也带来了巨大的动力。如果这一猜想成立，那么它对宇宙学有着不可置否的重大影响。研究人员已经开始着手检验这一猜想，并深入探究其含义。Wrase撰写了两篇论文进一步阐述完善其猜想。每当提及当初的想法时，Wrase充满了动力与希望。


可能在弦理论宇宙中出现的“景观”被宇宙中不可推断的“沼泽”包围。在物理学家研究过的所有简单、可行的弦宇宙中，暗能量密度要么不断减弱，要么呈现出稳定负值；然而现今的宇宙似乎有着一个稳定正值出现。图片：Maciej Rebisz for Quanta Magazine
在发表第二篇论文深入探讨这一猜想的两天后，奥比德、普拉泰克·阿格瓦尔和保罗·斯坦哈特发表了自己的观点：简单地说，随着宇宙扩张，能量密度在真空空间的真空度必须比某一速率快。在所有简单基于弦理论的宇宙模型中，该规则似乎也很合理。但它违背了人类对宇宙的两种普遍认知：既不接受当今宇宙膨胀的公认图景，也不接受宇宙由爆炸诞生的主要模式。
1、尚有争议的暗能量自1998年以来，天文望远镜的观测显示宇宙一直在以前所未有的速度膨胀，这意味着真空空间一定注入了某种与引力排斥的“暗能量”。此外，在真空中注入的暗能量数量似乎会随着时间推移而保持不变(就像所有人都知道的那样)。但新猜想断言宇宙的真空能量一定在减少。瓦法和他的同事认为，所谓的真空能量稳定、恒定、正值的德西特宇宙不可能存在。


哈佛大学著名的弦论理论家康润·瓦法，13年来一直致力于绘制不可能在宇宙中存在的“沼泽”地图。图片：Hayward Photography
自1998年发现暗能量以来，弦理论家们一直在努力构建稳定的德西特宇宙可信弦模型。但如果瓦法的观点正确，这种努力必然会陷入逻辑上的不一致。德西特宇宙不位于“景观”之中，而位于“沼泽地带”。瓦法解释说：那些看起来一致但最终又不一致的东西，我称其为沼泽；它们几乎看起上去就是景象，你甚至可能会被其愚弄。你认为你应该能够构建它们，但事实上你并不能。
根据“德西特斯瓦尔普兰猜想”，在所有可能的逻辑宇宙中，真空能量要么就像从山上滚下的球不断下降，要么就是一个稳定的负值（所谓的具有稳定的负剂量真空能量“反德西特”宇宙，在弦理论中很容易被构建）。如果这个猜想成立，那就意味着暗能量在宇宙中的密度不可能恒定，而是以一种被称为“典范”的形式存在——在数百亿年中逐渐消失的能量来源。望远镜正在更精确地探测宇宙恒定速率是否在加速膨胀，这意味着随着新空间产生，同时也会有一个成比例的新暗能量出现，或者宇宙加速逐渐改变，如典范模型。

典范的发现将彻底改变基础物理学和宇宙学，包括改写宇宙的历史和未来。一个完整的宇宙将会逐渐减速，而不是在一个大撕裂口中被撕裂。在大多数模型中，无论是大收缩还是大反弹，最终都将会停止膨胀和收缩。普林斯顿大学宇宙学家、瓦法的共同作者之一保罗•斯坦哈特表示：在未来几年，所有人都应该关注”暗能量研究，WFIRST和欧几里德望远镜对暗能量密度是否正在改变的测量。如果发现它与经典理论不一致，那也就意味着要么“景观”想法是空谈，要么弦理论是错的，要么两者皆是虚论，或者经典理论出了问题。
2、陷入包围的膨胀新“沼泽”猜想对人们普遍相信宇宙诞生的故事提出了质疑：宇宙膨胀的大爆炸理论。宇宙大爆炸理论表示微小充满能量的时空微粒迅速膨胀，形成了现在的宏观宇宙。这个理论用于解释宇宙是如何变得如此巨大、平滑和平坦。假设的能量“膨胀场”被认为驱动了宇宙膨胀，但这与瓦法的公式有矛盾之处。瓦法和其他研究人员解释说：为了遵循公式，膨胀场的能量可能需要过快地衰减，才能形成一个足够平滑的宇宙，因此，这个猜想否定了许多流行的宇宙膨胀模型。在未来的几年里，类似Simons天文台这样的望远镜将会寻找宇宙膨胀的确凿证据，为事实正言。


与此同时，通常组成统一战线的弦论理论家们对这个猜想持有不同意见。斯坦福大学物理学教授伊娃•西尔弗斯坦认为这一猜想是虚论。她的丈夫斯坦福大学教授沙米特·卡赫鲁与妻子持相同观点，他是著名的2003篇论文KKLT（作者的名字缩写）的第一个“K”，这些论文提出了一套可以用来构建德西特宇宙的细腻成分。2003年发表的一篇著名论文提出了一套可以用来构建德西特宇宙的细腻成分。瓦法的公式说Silverstein和Kachru的结构无法正常运作。西尔弗斯坦开玩笑说：我们家都被这些猜想包围着；基于新论文的观点，加速膨胀模型现在比以前更受欢迎。
基本上只是推测这些东西并不存在，并且引用了非常有限甚至在某些情况下非常可疑的分析。纽约大学弦理论学家和宇宙学家马修·克雷班也在研究膨胀的弦模型。他强调新沼泽推测具有高度可推测性，同时也是“灯柱推理”的一个例子，因为大部分弦景观还有待探索。根据现有证据，他承认推测可能是正确的。克雷班补充说：弦理论可能是正确的，也许弦论不能描述世界，并且暗能量可能使它变得虚假。但这显然非常有趣。
3、绘制沼泽地图

德西特·斯瓦尔普兰猜想和未来实验是否真有能力证明弦理论的正确性还有待观察。21世纪初发现弦理有大有约10^500种解法，打破了它可能成会独一无二地、不可避免地预测宇宙性质的梦想。这个理论几乎可以支持所有的观测结果，并且很难通过实验来验证或反驳。2005年瓦法和网络合作者开始思考如何绘制出绝对真实自然的基本特征来降低可能性。其中“弱引力猜想”声称引力必定是所有逻辑宇宙中最弱的力，不符合这些要求的宇宙会从景观中被抛入沼泽地中。
加州理工大学的理论物理学家和瓦法第一个合作者之一Hirosi Ooguri说：这些斯瓦尔普兰猜想中有很多都是以抵御攻击而著名，而且现在有些人建立了一个非常坚实的理论基础。例如，弱引力猜想已经积累了大量证据，以至于有人怀疑弦理论是否是正确的量子引力理论。年构建宇宙弦模型的努力创造了景观结束和斯瓦尔普兰猜想。这个项目面临的主要挑战是弦理论预测了10个时空维度的存在——这个维度远远超过了我们的四维宇宙。弦理论认为额外6个空间维度一定很小，并且在每个点上都紧密地弯曲。景观源于配置这些额外维度的不同方式。


但是，尽管可能性是巨大的，但像瓦法这样的研究人员已经发现了一般原理。例如弯曲的维度通常会向内收缩，而电磁场往往会把所有的东西分开。在简单稳定的构型中，这些效应通过负真空能量产生平衡，从而创造出反德西特宇宙。在物理学中，通常会有一般现象的简单例子，但德西特宇宙不是如此。KKLT的论文提出了“通量”、“瞬子”和“反膜”等丝丝入扣的结构，这些结构可能成为配置正的、恒定真空能的工具。然而这些结构非常复杂，多年来其不稳定性已经被确认。
尽管Kachru说：没有对此有任何严重的怀疑，但许多研究人员已经开始怀疑KKLT所述终不会创造出稳定的德西特宇宙。瓦法认为早该对稳定的德西特宇宙模型进行一致搜索。他的猜想最重要的就是要解决这个问题，在他看来，弦理论家们并没有动力去弄清楚弦理论是否真的有能力描述我们的世界，而是认为弦景观巨大，它必然有一定的方位，即使没有人知道它在哪里。


弦理论中的大部分研究者仍然站在德西特构造一边，因为他们认为“我们生活在具有正能量的德西特宇宙中，所以一定会有更好的那种例子”。瓦法的猜想激起了整个圈内的行动，像Wrase这样的研究者正在寻找稳定的德西特反例，而其他人则很少探索复杂的宇宙模型。同样有兴趣知道这个猜想是真是假，提出问题是我们应该做的，证明或推翻它是我们取得进步的方法。

3. 解释暗物质和暗能量。

暗物质 Dark Matter
  什么是暗物质？暗物质(包括暗能量)被认为是宇宙研究中最具挑战性的课题，它代表了宇宙中90%以上的物质含量，而我们可以看到的物质只占宇宙总物质量的10%不到(约5％左右)。暗物质无法直接观测得到，但它却能干扰星体发出的光波或引力，其存在能被明显地感受到。科学家曾对暗物质的特性提出了多种假设，但直到目前还没有得到充分的证明。
  几十年前，暗物质(dark matter)刚被提出来时仅仅是理论的产物，但是现在我们知道暗物质已经成为了宇宙的重要组成部分。暗物质的总质量是普通物质的6.3倍，在宇宙能量密度中占了1/4，同时更重要的是，暗物质主导了宇宙结构的形成。暗物质的本质现在还是个谜，但是如果假设它是一种弱相互作用亚原子粒子的话，那么由此形成的宇宙大尺度结构与观测相一致。不过，最近对星系以及亚星系结构的分析显示，这一假设和观测结果之间存在着差异，这同时为多种可能的暗物质理论提供了用武之地。通过对小尺度结构密度、分布、演化以及其环境的研究可以区分这些潜在的暗物质模型，为暗物质本性的研究带来新的曙光。 
  大约65年前，第一次发现了暗物质存在的证据。当时，弗里兹·扎维奇发现，大型星系团中的星系具有极高的运动速度，除非星系团的质量是根据其中恒星数量计算所得到的值的100倍以上，否则星系团根本无法束缚住这些星系。之后几十年的观测分析证实了这一点。尽管对暗物质的性质仍然一无所知，但是到了80年代，占宇宙能量密度大约20%的暗物质以被广为接受了。 


暗能量
  宇宙学中，暗能量是某些人的猜想，指一种充溢空间的、具有负压强的能量。按照相对论，这种负压强在长距离类似于一种反引力。如今，这个猜想是解释宇宙加速膨胀和宇宙中失落物质等问题的一个最流行的方案。 
暗能量主要有两种模型：宇宙学常数（即一种均匀充满空间的常能量密度）和quintessence（即一个能量密度随时空变化的动力学场）。区分这两种可能需要对宇宙膨胀的高精度测量和对膨胀速度随时间变化更深入的理解。因为宇宙膨胀速度由宇宙学物态方程来描写，所以测量暗物质的物态方程是当今观测宇宙学的最主要问题之一。 
  暗能量它是一种不可见的、能推动宇宙运动的能量，宇宙中所有的恒星和行星的运动皆是由暗能量来推动的。之所以暗能量具有如此大的力量，是因为它在宇宙的结构中约占73%，占绝对统治地位。暗能量是近年宇宙学研究的一个里程碑性的重大成果。支持暗能量的主要证据有两个。一是对遥远的超新星所进行的大量观测表明，宇宙在加速膨胀。按照爱因斯坦引力场方程，加速膨胀的现象推论出宇宙中存在着压强为负的"暗能量"。另一个证据来自于近年对微波背景辐射的研究精确地测量出宇宙中物质的总密度。我们知道所有的普通物质与暗物质加起来大约只占其1/3左右，所以仍有约2/3的短缺。这一短缺的物质称为暗能量，其基本特征是具有负压，在宇宙空间中几乎均匀分布或完全不结团。最近WMAP数据显示，暗能量在宇宙中占总物质的73％。值得注意的是，对于通常的能量（辐射）、重子和冷暗物质，压强都是非负的，所以必定存在着一种未知的负压物质主导今天的宇宙。

4. 暗物质与暗能量的关系？

: 标  题: Re: 暗物质和暗能量到底是什么关系？
: 发信站: BBS 水木清华站 (Sun Feb 22 23:44:02 2004)
: 
: 俺一直认为能量和质量是一个东西。理由是爱因斯坦的质能方程E=m.c^2
: 曾经和兵兵（accretion）讨论过这个问题，他不这么认为。
: 要问暗物质还是暗能量，具体要看当时研究宇宙学的gg/jj怎么引进这玩意儿的，毕竟
: 物质和能量虽然可以相互转换，还是需要条件的。

  暗物质和暗能量区别还是大大的, 
  比如暗能量空间分布均匀, 大尺度上不成团, 暗物质则不是
  暗能量可能对应于一种标量场, 而暗物质更倾向于粒子性

  不错, 从E=mc^2这个意义上说能量和质量是等效的.
  但引力是能量-动量张量来决定的, 和物态方程有关
  可以粗略认为引力是和\rho+3p相关的(取光速c=1), \rho是质量密度, p是压强
  对于普通(非相对论性)物质(冷暗物质属于此类), p约为0
  而暗能量的最大特点是"负压", 
  比如, 如果暗能量对应于宇宙学常数或真空能, 则p=-\rho
  所以暗物质的引力效果表现为引力, 而暗能量的引力效果表现为斥力
  
  暗能量存在的最大证据来自Ia型超新星巡天结果, 表明宇宙在加速膨胀
  (如果没有暗能量, 物质作用下膨胀只可能减速)
  其它弱一点的证据包括宇宙年龄, ISW效应等
    

: 再过深究就成了纯粹思辩，吵架并无意义，呵呵。争论永远存在，而乐趣正在于此。
: 请记住当今英国有一个科研小组仍然坚信广义相对论是错的，呵呵。

  只要我们承认广义相对论在宇宙尺度依然有效, 那观测结果就表明暗物质必须得存在 
  而且目前看来, 承认广义相对论的有效性, 各种观测结果之间还是很自恰的, 有时候都
  感觉是个奇迹了.

  如果说广义相对论不适用于宇宙学尺度, 需要更改, 比如引入MOND(修正的牛顿动力学)
  则暗物质不是必需的, 但迄今为止似乎没有一个方方面面都自圆其说的这种理论,
  比如MOND可以避开暗物质来解释星系的旋转曲线变平的问题, 但对于光线在引力场中的
  偏折的定量结果却不对.

5. 暗物质与暗能量的本质是什么？他们是如何产生的？

暗能量

6. 暗物质和暗能量的区别和联系。

你们三维世界的物理学家认为的暗物质、暗能量到底是什么？

之前我也有作过传达，只是你们没悟明白，而且不接受我的这种解答方式而已。其实这个世界上没有暗物质，它只有“物质能量”，而且是不同能量级别的物质能量，是你们肉眼看不到或你们三维世界的仪器测不到，你们就贴上一个标签叫“暗物质”。

物质怎么可能是暗的？它在哪里都不能叫暗物质，是你们处在三维的世界理解不了，也看不到，所以才被妖魔鬼怪的那些虚假信息迷惑你们，你们才认为这个世界上有暗物质的存在。

包括你们所认为的“暗能量”，我之前也有过传达，暗能量就是负能量，但不等于你们看不到的能量就是暗能量。这个宇宙到处都是能量，它有正能量也有负能量，当然也会有混浊能量。但是你们认为的暗能量，只是你们的认为而已，是因为你们看不到，所以你们才认为它就是暗能量。

这个世界上你们看不到的物体或能量太多太多，那难道你们看不到的东西或能量，你们都认为它是黑暗的吗？当然不是，那只是你们的认为而已。因为你们对自身不了解的领域，看不到的东西，你们就认为它是暗的，这样的理解，贴这样的标签，当然是错误的，所以我今天要纠正你们这个错误。

至于你们认为的暗物质、暗能量是一种不可见的，能推动宇宙运动的能量的这个说法。

这种说法当然不正确。这个宇宙怎么可能是靠暗物质、暗能量来推动它才能运动？从你们的这种想法或定论，就知道你们对宇宙知识的了解非常的贫乏，这都是受到妖魔鬼怪的干扰，把这些知识传颠倒了，所以才误导你们，你们才相信它们传达的这些是正确的。

这个宇宙它自身带有能量，之前我也有传达过这样的知识。还有在这个宇宙中生存的所有生命，它们所散发出来的能量，也能让这个宇宙更加有活力、有色彩。它并不是你们想象的，是你们认为的那些能量在推动这个宇宙，因为你们的这种理解本来就存在错误。—造物主答疑

7. 宇宙暗物质，暗能量的定义 解释

（1）在宇宙学中，暗物质是指那些自身不发射电磁辐射，也不与电磁波相互作用的一种物质。人们目前只能通过引力产生的效应得知宇宙中有大量暗物质的存在。暗物质存在的最早证据来源于对球状星系旋转速度的观测。现代天文学通过引力透镜、宇宙中大尺度结构形成、微波背景辐射等研究表明：我们目前所认知的部分大概只占宇宙的4%，暗物质占了宇宙的23%
（2）暗能量它是一种不可见的、能推动宇宙运动的能量，宇宙中所有的恒星和行星的运动皆是由暗能量与万有引力来推动的。之所以暗能量具有如此大的力量，是因为它在宇宙的结构中约占73%，占绝对统治地位。暗能量是宇宙学研究的一个里程碑性的重大成果。支持暗能量的主要证据有两个。一是对遥远的超新星所进行的大量观测表明，宇宙在加速膨胀。按照爱因斯坦引力场方程，加速膨胀的现象推论出宇宙中存在着压强为负的“暗能量”。
参考百度

8. 暗物质，暗能量怎么解释？

在宇宙学中，暗物质（dark matter）又称为暗质，是指无法通过电磁波的观测进行研究，也就是不与电磁力产生作用的物质。人们目前只能通过引力产生的效应得知，而且已经发现宇宙中有大量暗物质的存在。
现代天文学通过引力透镜、宇宙中大尺度结构的形成、微波背景辐射等研究表明：我们目前所认知的部分，即重子(加上电子)，大致占宇宙的4％，而暗物质则占了宇宙的23%，还有73%是一种导致宇宙加速膨胀的暗能量。暗物质的存在可以解决大爆炸理论中的不自洽性，对结构形成也非常地关键。暗物质很有可能是一种（或几种）粒子物理标准模型以外的新粒子所构成。对暗物质(和暗能量)的研究是现代宇宙学和粒子物理的重要课题。