什么是“暗物质”和“暗能量”？

1. 什么是“暗物质”和“暗能量”？

暗物质是天文学家卡普坦在1922年时提出的，宇宙中可能存在着一种看不见的物质。暗物质不和电磁波发生作用，也不反射光，所以不管用多厉害的望远镜通通观察不到。但是暗物质到底真的存在与否还有不少争议，需要我们继续去探索。

2. 什么是“暗物质”和“暗能量”？

到目前为止，物理学家和天文学家根据观测事实和理论推测，构建出各种各样的宇宙模型，其中最成功的是大爆炸宇宙模型，宇宙在加速膨胀也是公认的事实。而暗物质是基于现有引力理论的一种假想物质，暗能量是基于现有宇宙模型的一种假想能量。

暗物质和暗能量的存在能够解释一系列令人困扰的天文观测现象，也能在现有理论模型下能够很好地解释宇宙的演化和存在，可是还没有实验能够直接探测到暗物质和暗能量并为它们的存在进行决定性地描述。但是，很多新的观测现象都指向同一个事实：暗物质和暗能量是真实存在的。

一直以来，物理学对于物质本质的描述，朝着两个极限不断前进。一个是微观极限，现在已经深入到原子核内部；另外一个是宏观极限，现在已经扩展到整个宇宙。从微观上讲，标准模型能够解释到目前为止发现的大部分粒子，标准模型也是基于地球上的物质、对撞机产生的粒子以及宇宙射线而构建的；但是当人类将探索的触角伸向浩瀚无垠的宇宙的时候，发现了一些令人费解的现象。
20世纪30年代到70年代间，不少科学家在观测不同星系时发现引力质量比星系的光度质量大的多。自此，科学家指出宇宙间存在大量看不见的物质——如果只有可见物质参与引力相互作用，那么从星系中心到旋臂，随着半径的增大，旋转的速度会越来越低。根据天体物理的理论，这样会导致星系的不稳定。我们通过中学物理学过的引力圆周运动公式，也可以简单地得到这一结论。
但实际观测表明，稳定星系旋臂的转动速度随着半径增大，呈现出一个恒定速度，这样才会使星系保持稳定。而这个现象也说明，星系的大部分质量并不是集中在星系中心，而是有许多看不见的“暗物质”分布在整个星系，可见物质只是星系质量的一小部分。

我们知道，物理学发展至今，虽然理论物理已经可以完全独立发展，但理论正确与否，最终要经过可靠实验的检验，理论和实验相辅相成。暗物质的提出，虽然只是来源于科学家们的头脑风暴和数学计算，但是对于人类认识宇宙有着重要意义。至于理论最终会得到证实还是被推翻，还是要靠具体的实验探测来说话。

3. 什么是“暗物质”和“暗能量”？

到目前为止，物理学家和天文学家根据观测事实和理论推测，构建出各种各样的宇宙模型，其中最成功的是大爆炸宇宙模型，宇宙在加速膨胀也是公认的事实。而暗物质是基于现有引力理论的一种假想物质，暗能量是基于现有宇宙模型的一种假想能量。

暗物质和暗能量的存在能够解释一系列令人困扰的天文观测现象，也能在现有理论模型下能够很好地解释宇宙的演化和存在，可是还没有实验能够直接探测到暗物质和暗能量并为它们的存在进行决定性地描述。但是，很多新的观测现象都指向同一个事实：暗物质和暗能量是真实存在的。

一直以来，物理学对于物质本质的描述，朝着两个极限不断前进。一个是微观极限，现在已经深入到原子核内部；另外一个是宏观极限，现在已经扩展到整个宇宙。从微观上讲，标准模型能够解释到目前为止发现的大部分粒子，标准模型也是基于地球上的物质、对撞机产生的粒子以及宇宙射线而构建的；但是当人类将探索的触角伸向浩瀚无垠的宇宙的时候，发现了一些令人费解的现象。
20世纪30年代到70年代间，不少科学家在观测不同星系时发现引力质量比星系的光度质量大的多。自此，科学家指出宇宙间存在大量看不见的物质——如果只有可见物质参与引力相互作用，那么从星系中心到旋臂，随着半径的增大，旋转的速度会越来越低。根据天体物理的理论，这样会导致星系的不稳定。我们通过中学物理学过的引力圆周运动公式，也可以简单地得到这一结论。
但实际观测表明，稳定星系旋臂的转动速度随着半径增大，呈现出一个恒定速度，这样才会使星系保持稳定。而这个现象也说明，星系的大部分质量并不是集中在星系中心，而是有许多看不见的“暗物质”分布在整个星系，可见物质只是星系质量的一小部分。

我们知道，物理学发展至今，虽然理论物理已经可以完全独立发展，但理论正确与否，最终要经过可靠实验的检验，理论和实验相辅相成。暗物质的提出，虽然只是来源于科学家们的头脑风暴和数学计算，但是对于人类认识宇宙有着重要意义。至于理论最终会得到证实还是被推翻，还是要靠具体的实验探测来说话。

4. 暗物质和暗能量之间的区别是什么？

暗物质能施加吸引力，把宇宙中的物质束缚到一起，但它不会反射、吸收或发射光线。暗能量则起排斥作用，驱动着宇宙膨胀不断加速。 

根据万有引力和离心力公式，天体的离心速度会随着距离的增大而迅速减小。然而，实际观测的结果却是，当距离增大到一定数值时，离心速度不再减小，近似为一个不变的常数。 凡是借助外在事物说明新的现象，总是以失败而告终。比如燃素说，就是用燃素来解释燃烧现象，而实际上只是物质的氧化过程。又比如用灾变论来说明地球生物的现状，具有一定的偶然性，后来为描述生物内在变化机制的进化论所取代 ，由于宇宙只是自然界的一部分，是一个相对独立的封闭体系，所以决定宇宙膨胀的因素并不是万有引力，而是宇宙内外部空间的能量密度，即压强的比值 。

事实上，目前暗物质的存在已被广泛接受，是宇宙学标准模型的重要组成部分，该模型是认识宇宙诞生和演化的基础。没有宇宙学标准模型，就无法解释我们的存在。 在研究遥远星系中的超新星时发现，距离远的星系比距离近的星系会以更快的速度远离我们。这说明宇宙不仅在膨胀，而且在加速膨胀。这一观测显然与天文学家的预期不符。但是随后的观测不仅没有推翻它，反而让暗能量存在的证据变得越发坚实 。

简单来说，暗物质和暗能量是两种概念。暗物质是一种目前无法在电磁波段直接观测到的物质，但它们会像普通物质一样产生引力作用。而暗能量是一种目前无法在电磁波段直接观测到的能量，不同于能够产生引力作用的普通物质和暗物质，暗能量会产生排斥引力的作用。

5. 暗物质和暗能量之间的区别是什么

二者的区别：
1.暗物质是指由天文观测推断存在于宇宙中的不发光物质.由不发光天体、晕物质、以及非重子中性粒子组成.
2.暗能量是指一种充溢空间的、具有负压强的能量,目前是对宇宙为什么会膨胀的一种能量来源推测.
二者的相同：
科学家对暗物质和暗能量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.
大段的搬运没意思
暗物质和暗能量最本质的区别说得通俗点就是——暗物质使得普通物质集聚形成星系,也就是具有引力效应；暗能量使得宇宙膨胀,具有负压效应.相同点就是都不可见,但是又可以间接观测得到,而且占宇宙物质的比例比普通物质多得多.

6. 暗物质与暗能量的本质是什么？他们是如何产生的？

我确信我已经基本上解决了暗物质和暗能量现象的起源问题。可以肯定地说，两暗现象是由共同的原因造成的，都是三维球面宇宙空间中的广义引力场作用下的结果。新理论的基本假设是：引力线在宇宙空间中沿测地线分布。根据该假设，在无限的三维平直空间中物体的引力线沿直线在其周围呈辐射状分布，通过简单的计算可以推导出牛顿引力定律。与此不同，在封闭的三维球面空间中物体的引力线沿测地线延伸到该物体的对蹠点处（类似于地球表面上南北两极点之间经线的分布情况）。因为引力线的方向始终指向物体所在的位置，所以球面空间中的引力场具有两面性：其在物体的角度来观测是一个引力场，而在物体对蹠点的角度来观测却是一个反引力场（即万有斥力场）。由此推断，当三维球面空间中有大量离散的星系存在时，其与反引力场的中心区域将是相间分布的。所以，在星系之间反引力场的作用下，任意相邻的星系都将相互加速远离，三维球面空间的尺度也将随之而增大（即暗能量现象）。由于星系（大质量物体）周围空间的正向弯曲，引力线分布的发散程度要小于平直空间，又因为三维球面空间中星系的引力场实为其自身引力场与其周围紧邻的多个反引力场叠加而成的合引力场，这将导致引力场强度随距离的衰减比平方反比规律更慢，所以星系外围天体的实际运动速度比根据牛顿引力定律预测的结果更快（即暗物质现象）。

此外，根据普遍适用的质量（或能量）守恒定律，在三维球面空间的加速膨胀过程中所有星系引力场的质量都伴随球面空间的尺度不断增大，而引力场的强度几乎保持不变，所以所有星系的质量都将等比例地不断减小，星系的质量转化为引力场的质量。当星系的质量完全转化为引力场的质量时，三维球面空间中不再存在引力场或反引力场中心，完全是由引力线所构成的均匀分布的网络，此时在引力的作用下三维球面空间由加速膨胀阶段过渡到加速收缩阶段。与加速膨胀阶段相反，在加速收缩阶段中是引力场转化为普通物质的过程。随着三维球面空间的尺度越来越小，收缩运动变得越来越剧烈，空间中的温度也越来越高，直至各种基本粒子的产生。此时，三维球面空间继续收缩，直至最终收缩到极限状态时发生了大爆炸，从此新的三维球面空间诞生了。大爆炸的巨大能量驱使三维球面空间以指数的形式剧烈膨胀（即暴涨），当大爆炸的剩余能量减小到物质间的引力作用可与之抗衡之时，三维球面空间进入到了减速膨胀阶段，直至星系形成之后才开始改观。当星系的引力场传播到其对蹠点处从而形成反引力场之后，三维球面空间开始进入到了加速膨胀阶段。上文所述，即三维球面空间循环演化过程中的一个生命周期。

7. 暗物质和暗能量的区别是什么呀？

简单来说，暗物质表现的更像普通可观测到的物质，它贡献引力；暗能量则与我们所观察到的物质大相径庭，它贡献斥力。
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​一. 暗物质
​暗物质的发现来源于1970年左右Vera Rubin（薇拉鲁宾）对银河系邻居仙女座大星系（M31）的星系旋转曲线的测量。她测量距离星系中心不同半径处物质的旋转速度，得到如下的图。横坐标是距离星系中心的距离，纵坐标是旋转速度。我们知道，如果知道了星系的质量分布，速度与距离的关系就可以用开普勒定律求出来（红线）。至于质量分布怎么求？原理是，通过测量光的分布，然后猜测一些星系的年龄和恒星形成率，从而算出来一个相对靠谱的光度-质量比。所以，求质量分布时首先已经假设了所有物质会按一定比例发光。有很多人说，如果不发光的就是暗物质，那么像地球行星这些不会发光只会反射光的是不是也是暗物质。事实上，这些物质相对于恒星的占比是很小的，在具体计算中也基本上考虑进去了。然而测量结果（白线）令人大跌眼镜，在星系外围的绕转速度比计算得到的要快很多。
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​    这说明了星系里有很多质量是看不见的，因为V∝(GM/r)1/2，想要支撑这么大的速度需要更多的质量。当然，你可以用其它原因来解释。天文学家们也不傻，当时发现了以后，大家立刻想出了很多解释，比如外围的物质因为某些原因并不能有效形成恒星，所以不发光；或者干脆说你这玩意测错了，也许你把背景的一些不属于这个星系的物质测进来了。但是，事后的结果越发“不正常”，最终起名为“暗物质”引起的。人们发现这些不会发光的物质的物理性质与能发光的正常物质相差太大。
现在测量暗物质并不需要星系旋转曲线这种“愚蠢”的办法了。一种比较好的办法是通过引力透镜，因为光线通过大质量天体时会发生弯曲（下图）。
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​    所以，如果一个大质量天体后面正好有个光源，会变成这样：
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​    传说中的爱因斯坦环，和前景的引力场状态密切相关，有的时候会变成象下图。天文学家仔细看图里哪里有被引力透镜弯曲了的背景星系，就可以判定前景星系的质量分布。
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​    通过类似的观测，人们发现了很多像下面这个比较著名的例子，Bullet Cluster：
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​   蓝色代表暗物质分布，红色是通过X射线观测到的星系团中气体的分布。可以发现，这个星系团实际上是两个星系团正在进行并合的产物。气体在并合过程中由于相互作用，互相穿过对方以后，已经完全变形了。而不发光的暗物质则表现的完全不同，两团物质依然十分分明，碰撞过后对形态并没有什么影响。由此可以发现，暗物质之间的相互作用比正常物质要弱的多。
现在一般认为，暗物质粒子之间，或暗物质与正常物质之间的相互作用非常微弱。除了引力相互作用以外，只能进行弱相互作用。同时，根据暗物质粒子的可能运动速度，人们将暗物质粒子分类为热暗物质（Hot Dark Matter，HDM，粒子运动速度接近光速），冷暗物质（Cold Dark Matter，CDM，粒子运动速度远小于光速）和温暗物质（Warm Dark Matter，WDM，速度居中）。通过计算机模拟，天文学家现在认为，组成宇宙中暗物质的主要成分应该为冷暗物质。但是，冷暗物质模型也存在一些疑难，比如冷暗物质预言的银河系伴星系明显多于现在已知的伴星系。暗物质也吸引了很多粒子物理学家，例如华裔诺贝尔物理学奖得主丁肇中，就在国际空间站放了一个实验仪器（阿尔法磁谱仪），用来直接探测暗物质粒子。人们还知道，暗物质占宇宙中的质量要比正常物质多得多，宇宙尺度上有关引力相互作用的事件都是暗物质主导的，包括星系的形成和并合。
总之，对于暗物质的性质，人们目前认识的比较多，也有一些暗物质粒子的候选体。个人认为，直接探测到暗物质粒子，并且确认其物理组成只是时间问题。

​     二.暗能
​    相比于暗物质，人们对暗能量则知之甚少。
暗能量与2011年诺贝尔物理学奖息息相关。它的发现主要起源于Adam Riess在1998年用超新星发现的宇宙在加速膨胀的事实。（注：诺奖授予了Adam Riess（亚当·里斯）, Brian Schmidt（布莱恩·施密特）和Saul Perlmutter（萨尔·波尔马特）三人，但由于历史原因，Adam Riess和Saul Perlmutter谁第一个发现还存在争议）。
大致来说，更遥远宇宙意味着更古老的宇宙，因为光的传播需要时间。同时，遥远宇宙远离我们运动的速度越快（有更大红移），因为宇宙在膨胀。这可以用大名鼎鼎的哈勃定律来表示：v ＝H0D 。下图就是哈勃当年发的paper里的图。纵坐标是速度，横坐标是距离，每个点代表一个星系。
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​    很清楚，由于宇宙里物质的相互作用，这个膨胀的速度是会改变的。所以，我们测的远会发现哈勃定律并不再是简单的线性关系。而变成了下图的样子。
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​   横轴是红移（与速度直接相关），纵轴是等效亮度（与距离直接相关）。蓝色虚线和黑色实现是几种宇宙模型。细节并不重要，让人惊诧的是，从上往下第三根蓝线是人们最容易预料的，也就是宇宙里所有物质都贡献引力，于是宇宙在减速膨胀。然而通过Ia型超新星测量出来的数据点却并不支持这样的宇宙。测量数据倒是倾向于一个加速膨胀的宇宙。也就是说，宇宙中占主导的并不是物质之间的引力，而是一种莫名其妙的向外的压力。人们将这种压力的来源称之为暗能量。
当然，天文学家不傻。很多人提出了很多可能不引入暗能量这一概念来解释这一现象。比如用Ia型超新星测量距离要依赖于它一个性质。那就是Ia型超新星爆发之后亮度会逐渐变暗。其亮度变暗的速度与其亮度峰值时的光度（也就是发出来的所有光的能量）有线性关系。因此知道了几个Ia型超新星的光度，在比较这些值与我们看到的亮度，就可以知道它们的距离。下图给出了几个Ia型超新星的光变曲线。纵轴是光度，横轴是时间。可以明显的看到Ia型超新星变暗的速度越快（斜率越大），它们的光度就越小。
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​    这样的线性关系实际上是基于观测的，人们并不十分知道是什么原因导致了这样的关系，也就不知道这个性质在遥远的宇宙是否会发生变化。不过后来，人们除了使用Ia型超新星这一种办法，还用了宇宙微波背景辐射（CMB），重子声波震荡（BAO）等方法，分别独立的确认了暗能量的存在，并且给出了类似的暗能量密度数值。
暗能量具有什么性质，在空间中的分布是否均匀，还是存在什么样的结构？实际上并不十分清楚，也就很难讨论暗能量的物理起源。目前，从天文学上能做的就是引入爱因斯坦常数Λ，然后确定它的值现在有多大。爱因斯坦当年用广义相对论计算宇宙演化，算来算去发现不对，因为他算出来的宇宙尺度不能是不变的，这与当时人们认为的静态宇宙观不符，于是就在方程里放进一个常数Λ，使得宇宙既不膨胀也不收缩。但是，宇宙的尺度虽然不变了，但是人们很快发现这个平衡是不稳定的。也就是说Λ的值稍微变化一点，宇宙就会不可逆转的膨胀或者收缩下去。哈勃定律的发现，让人们知道，宇宙学常数的引入是爱因斯坦的一个错误。但是同时暗能量的发现又让人们重新拾起这个常数，用它来制造一个可以加速膨胀的宇宙。
暗能量的物理起源似乎还没有头绪，但是，讨论它的具体性质，比如Λ是否是一个合适的表征暗能量的参数，以及暗能量的空间分布等还是可能的。

8. 暗物质和暗能量之间的区别是什么

暗物质和暗能量之间的区别是它们的设想定义、组成、以及分布不同，具体如下：

暗物质（Dark Matter）是一种因存在现有理论无法解释的现象而假想出的物质，比电子和光子还要小的物质，不带电荷，不与电子发生干扰，能够穿越电磁波和引力场，是宇宙的重要组成部分。暗物质的密度非常小，但是数量庞大，因此它的总质量很大，它们代表了宇宙中26%的物质含量，其中人类可见的只占宇宙总物质量的5%不到（约4.9%）。暗物质无法直接观测得到，但它能干扰星体发出的光波或引力，其存在能被明显地感受到。

暗能量是驱动宇宙运动的一种能量。它和暗物质都不会吸收、反射或者辐射光，所以人类无法直接使用现有的技术进行观测。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。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。天文学家埃德温·哈勃发现宇宙中的其它星系似乎都在向着距离人们生活的银河系越来越远的方向移动。而且它们移动的越远，运行的速度就越快。但是，天体物理学家此前曾经指出，引力会使得宇宙的膨胀速度逐渐减缓。之后在1998年，两个研究小组通过观察Ia型超新星—种罕见的恒星爆炸的现象，能够释放出数量巨大的，持久的光——颠覆了天体物理学家提出的理论。