李科

摘 要：暗物質(zhì)與暗能量是21世紀(jì)粒子物理和宇宙學(xué)研究中的兩個(gè)重大的科學(xué)問題。文章旨在概述暗物質(zhì)與暗能量的基本定義及特點(diǎn)，其次提出統(tǒng)一二者的理論，最后利用該理論完善了宇宙大爆炸模型。

關(guān)鍵詞：暗物質(zhì)；暗能量；統(tǒng)一理論；宇宙學(xué)；天體引力

中圖分類號(hào)：P131 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1.暗物質(zhì)與暗能量概述

暗物質(zhì)（Dark Matter）是一種因存在現(xiàn)有理論無法解釋的現(xiàn)象（星系轉(zhuǎn)速過大）而假想出的物質(zhì)，是一種比電子和光子還要小的物質(zhì)，且不帶電荷，也不與電子發(fā)生干擾，但能夠穿越電磁波和引力場，是宇宙的重要組成部分。暗物質(zhì)無法直接觀測得到，但它能干擾星體發(fā)出的光波或引力，其存在能被明顯地感受到。

暗能量是驅(qū)動(dòng)宇宙運(yùn)動(dòng)的一種能量。它同暗物質(zhì)一樣，都不會(huì)吸收、反射或者輻射光，所以人類無法直接使用現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)行觀測。在宇宙學(xué)中，暗能量是為了迎合實(shí)際的猜想而提出的，是一種充溢空間的、具有負(fù)壓強(qiáng)的能量。按照相對(duì)論，這種負(fù)壓強(qiáng)在長距離類似于一種反引力（本文認(rèn)為就是引力）。這個(gè)猜想是解釋宇宙加速膨脹和宇宙中失落物質(zhì)等問題的一個(gè)最流行的方案。

2.統(tǒng)一理論

為了統(tǒng)一上述的暗物質(zhì)和暗能量，本文認(rèn)為暗能量其實(shí)可能就是一種暗物質(zhì)對(duì)“宇宙”內(nèi)部的引力，這種物質(zhì)環(huán)繞宇宙周邊。如圖1所示：

圖1中，虛線內(nèi)部是我們目前所熟知的“宇宙”，其主要構(gòu)成物質(zhì)中僅含有少量暗物質(zhì)（這少量已經(jīng)遠(yuǎn)大于物質(zhì)，只是相對(duì)虛線外側(cè)而言），其存在的主要現(xiàn)象是上述所說的星系轉(zhuǎn)速大于其內(nèi)部重子物質(zhì)所產(chǎn)生的引力作用；圖1虛線至實(shí)線圈為本理論提出的“暗物質(zhì)圈”，其內(nèi)部主要成分自然是暗物質(zhì)，且其主要結(jié)構(gòu)與虛線宇宙內(nèi)部的暗物質(zhì)幾乎相同。圈中的暗物質(zhì)自然會(huì)對(duì)虛線內(nèi)的宇宙產(chǎn)生引力作用，如圖1所示，對(duì)于站在宇宙中的觀察者，這樣的引力來自宇宙的邊緣，就如同“反引力”一般，并將其命名為暗能量。其實(shí)它的實(shí)質(zhì)可能只是宇宙外層暗物質(zhì)圈對(duì)宇宙的引力而已。

3.大爆炸新模型

上述理論很好地說明了暗能量的產(chǎn)生及其與暗物質(zhì)的可能關(guān)系，但它們是何時(shí)產(chǎn)生而又何時(shí)分道揚(yáng)鑣地存在于暗物質(zhì)圈和宇宙內(nèi)的呢？這不得不從宇宙的起始——宇宙大爆炸說起。

參見圖2，宇宙起始于一個(gè)密度極大的奇點(diǎn)；該奇點(diǎn)在某個(gè)時(shí)刻（時(shí)間還沒產(chǎn)生）失去了平衡，產(chǎn)生了第一次大爆炸，這次爆炸一直被忽視，因?yàn)樗鼪]有使奇點(diǎn)破碎，只是使奇點(diǎn)穩(wěn)定存在的力的粒子向周圍散失，這些粒子就是產(chǎn)生暗能量的源頭。隨后不久失去粘合力的奇點(diǎn)便發(fā)生了著名的第二次爆炸——史稱宇宙大爆炸，整個(gè)奇點(diǎn)破碎，時(shí)間產(chǎn)生了，剩余的暗物質(zhì)和重子物質(zhì)四散而去，并逐漸冷卻逐步形成了現(xiàn)在的宇宙（發(fā)展前期）。宇宙中的天體等在暗物質(zhì)圈的引力下不斷加速膨脹，與此同時(shí)，暗物質(zhì)圈也在宇宙及暗物質(zhì)引力下不斷減速膨脹。當(dāng)宇宙重子物質(zhì)和暗物質(zhì)圈幾乎重疊時(shí)，宇宙停止膨脹并開始在自身引力下收縮，最終塌陷至奇點(diǎn)，時(shí)間再次回到原點(diǎn)。

暗物質(zhì)和暗能量的作用力方向看似完全相反，但筆者認(rèn)為兩者可能是同一物質(zhì)（新基本粒子）導(dǎo)致的，至少在本理論中可以存在這樣的一種“暗物質(zhì)”。它在內(nèi)部表現(xiàn)為引力，而在“外部”表現(xiàn)為拉伸的“反引力”。本文依此完善了宇宙大爆炸模型，以說明該理論對(duì)宇宙演化具有完整的解說能力。

參考文獻(xiàn)：

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