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天文學家 暗物質和暗能量會不會壓根不存在，只是物理學理論出錯了？


天文學家 暗物質和暗能量會不會壓根不存在，只是物理學理論出錯了？
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在19世紀與20世紀之交，堅不可摧的經典物理學大廈已經構建起來。然而，還有兩朵“烏云”籠罩在這上空，這令當時的一些物理學家惴惴不安，誰也沒有想到最終會引發物理學史上最大的一場變革。一朵“烏云”是紫外災變，黑體輻射能量呈現出不連續性，最終從中誕生了量子力學。第二朵“烏云”是邁克耳遜-莫雷實驗結果，表明光速的大小與參照系選擇無關，以太和絕對空間并不存在，最終從中誕生了相對論。
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兩朵“烏云”讓經典物理學大廈轟然倒塌，新的物理學體系構建起來。此后，量子力學和相對論快速發展，它們成為了現代物理學的基石，并且引領著現代科技的發展。而在現代宇宙學之上，也籠罩著兩朵令人不安的“烏云”——暗物質和暗能量，它們又會掀起一場新的物理學變革嗎？
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宇宙中所能直接觀測到的物質都是由原子構成的，但它們只占宇宙質能總量的5%。另外94%都是神秘的暗物質和暗能量，其中暗物質占25%，暗能量占69%。既然暗物質和暗能量都無法直接探測到，為什么天文學家會認為它們在宇宙中大量存在呢？暗物質宇宙中的天體運動都是遵循引力定律，以太陽系為例子，地球以及其他行星與太陽的引力作用反比于距離平方，距離太陽越遠的行星，所受引力越弱，環繞太陽運動的速度也就越慢。
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雖然銀河系沒有一個能夠主宰所有恒星運動的中心天體（銀心超大質量黑洞并不是），但銀河系中所有物質產生的引力，會在銀心形成一個共同的引力中心，使得所有恒星都繞著該中心運動。就像太陽系那樣，距離銀心越遠，恒星的繞行速度應該越慢。然而，天文學家卻觀測到理論預言外的現象。恒星的軌道速度并沒有隨著距離的增加而顯著下降，銀盤邊緣和靠里的恒星繞行速度相差不大。
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如果銀河系中只有普通物質，那么，銀盤邊緣的恒星不能以這么快的速度運動，否則它們早就脫離銀河系。于是，天文學家推測，銀河系中還有遠多于普通物質的暗物質，它們能夠產生巨大的引力作用，從而來維持銀河系結構的完整。暗能量20世紀初，哈勃觀測到，宇宙中的所有遙遠星系都在遠離銀河系，這表明宇宙空間正在膨脹。數十年后，天文學家進一步發現，過去的空間膨脹速率要慢于現在，這意味著空間正在加速膨脹。
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空間膨脹速度在加快，天文學家認為這背后有一種神秘的暗能量在驅使。這種能量存在于宇宙空間的各個角落，它們能夠產生排斥引力的負壓效應，導致空間結構在加速擴張。雖然有很多間接證據表明暗物質和暗能量存在，但天文學家至今沒有直接探測到。也許暗物質和暗能量壓根就是不存在的，只是人類的引力理論有缺陷，無法準確描述觀測到的現象，只能歸咎于暗物質和暗能量。如果未來能夠出現超越廣義相對論的引力理論，暗物質和暗能量之謎都有望迎刃而解。假設宇宙是有限的，暗能量（斥力）應該是宇宙的第五種作用力，隨空間膨脹而衰減（與引力一樣，遵循能量守恒定律，隨距離增加而減少，但總量不變）。宇宙膨脹是觀察事實，且加速膨脹（斥力大于引力），但膨脹增速必然下降。達到臨界點時（斥力=引力），宇宙停止膨脹。當斥力小于引力時，宇宙開始收縮。當宇宙收縮至極小的空間時（微觀尺度），斥力作用忽略，物質狀態表現為引力與弱力、強力的相對作用。當引力最終大于強力時，宇宙坍塌，世界重新變為奇點。

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