暗物质和暗能量之间的区别是什么

暗物质和暗能量

（此部分内容来自网络）

一、暗物质和暗能量之间的区别是什么？

不是学天体的，常常不太分得清楚这两者，有什么联系和区别吗？

这两个概念其实不宜并举……

如此的并举，不禁想起了高中时被人问过的这样一个问题：“点电荷和正电荷有什么区别？”——我当时就哽咽了，全然没有意识到，在当时，“自己白学了”的，其实并不是物理，而是语文和逻辑学……

所以，还不如说说它们各自是什么；至于“有什么区别”，只好请看官自行判断。

简单地说，它们都是某种“存在”，却根本不是一种东西；最大的相同之处，大概就是这个“暗”字了。

这个“暗”，基本上意味着，它们几乎不参与电磁相互作用。电磁波（从射电、毫米/亚毫米，到红外、可见、紫外，再到X-射线和Gamma 射线）是我们探测宇宙的最重要窗口，而且在目前远远比中微子和引力波重要得多。“不参与电磁相互作用”，意味着它们无法直接参与发射电磁波的过程，也意味着它们不散射（在微观上看，“反射”也不过是散射而已）、不吸收电磁波。

想直接探测暗物质，用任何形式的电磁波（比如，“用肉眼看”，便是使用了可见光频段的电磁波），都是不行的。

怎么办？人们设想，暗物质很有可能会参与弱相互作用。弱相互作用与很多核物理过程有密切关系，特别是当核子的性质发生变化时。所以，人们就设法囤积大量的某类物质（这类物质通常都在每个原子核内有许多数量的核子——这样才能更容易发生弱相互作用，而又相对不太昂贵、容易找到，也要能够相对容易地把可能影响探测的杂质剔除），放在地下以屏蔽宇宙射线（来自太空的无时无刻不在轰炸我们的高能带电粒子流）的干扰，以期看到与暗物质有关的实验。

国际上，从事这个实验的研究组有许多——在国内，清华和上海交大就打算在二滩水电站的施工涵洞里，摆上一堆闪烁体（此处的闪烁体不是碘化钠，感谢评论中@吕松林指正——果然通宵写东西的事情不能干，当年还和岳骞、陶嘉琳两位老师讨教过闪烁体的选择标准来着，这就自己打自己脸了……），用于探测暗物质的信号。

2002 年，当其他的暗物质探测研究组都没发出什么声音时，有个叫做DAMA 的研究组声称，通过使用某种“秘制”的碘化钠晶体（采用碘化钠的原因是，碘的原子核里头的核子数量相对较多），他们探测到了稳定且强烈的暗物质存在的信号。可是，这个研究组做了件颇有点儿“伤天害理”的事儿：他们以“商业机密”（为他们制造碘化钠的是一家商业公司）为由，拒绝公布原始数据、晶体制造过程，以及实验的具体方案。特别地，他们与为他们制作碘化钠晶体的公司达成协议，

严禁其公布制造（高纯度、充分剔除各种干扰性同位素的）碘化钠的工艺和配方——也不知这“商业机密”究竟成了什么机密。简而言之，他们拒绝任何人重复他们的实验的企图。所以，尽管这个研究组的人们发表了重量级论文，并言之凿凿地声称结果绝对可靠，但学界并没有普遍承认他们的结果。

奈何，除了DAMA，其他实验组都没有得出清晰而稳定的暗物质存在证据相关的结果。

看来，直接探测颇有点儿严重受阻的味道；那么，能不能退而求其次，做间接探测呢？

简单地说，如果你在我与一个灯泡之前放上一团暗物质，那我看到的还是那个灯泡，什么异常都发现不了……

…… 除非你放得太多了，使得暗物质的引力场能够明显地“折弯光线”。这时，取决于你怎么放置这一团暗物质，我可能会看见灯泡变亮了（微引力透镜——虽然常见的微引力透镜基本上都与暗物质没什么关系），可能会看见灯泡的样子变得奇形怪状而且不在原来的位置上了（强引力透镜）；如果暗物质背后不止是一个灯泡，而是数十个，那么，经过统计之后，我发现灯泡的样子的圆扁程度发生了总体性的变化（弱引力透镜）。

看官问了，不是暗物质的东西（比如太阳），也能折弯光线啊？答曰，要是没有暗物质，那么引力透镜现象应该比现在所能见到的少得多也弱得多。

我们看到多少这类现象呢？真是很多很多的。下图中的那些弧形就是。

（图片本身已经标注来源了）

甚至，前一小阵子，人们还发现了强引力透镜成像中的超新星——因为四个像各自对应的光的轨迹长度不同，所以人们“不止一次地”看到了同一颗超新星的爆发……

（图片摘自 Gravitational lensing creates 'Einstein's cross' of distant supernova）

除了这个，便是最经典的证据——星系的旋转曲线。如果没有暗物质，星系中星体绕星系中心的旋转速度，会随着半径的增加而快速下降；可我们看到的是这样的曲线：

（图片摘自 Galaxy rotation curve）

同时，宇宙的大尺度结构的形成，也有暗物质一份子。

目前宇宙中热门的研究对象有哪些？- 王力乐的回答这个答案的最后一节，提到了宇宙中超过星系团尺度的结构。在研究中，人们发现，如果宇宙中仅仅有着非暗物质的普通物质的数量，则我们应该得到的超星系团尺度结构的形态，会与我们观测到的完全不同。比如，一团在自身引力下塌缩的物质，同等尺度下，质量越大，塌缩得越快；如果没有暗物质，则那些大尺度结构形成的速度，会大大慢于观测所揭示的速度。又如，当普通物质（可以称为“气体”）的密度足够高时，借助电磁相互作用之下的散射，气体内部会发生动量的平均化——或

者叫做粘滞——这使得普通物质能够消耗掉过剩的能量，在相对较小一些的尺度上形成结构的速度，会快于暗物质——暗物质缺乏这种粘滞（通常只能通过引力，把动量传递给普通物质，再由普通物质“粘滞掉“这部分动量），会像一群苍蝇围着烂苹果一直转悠那样，围绕着质量中心进进出出地“转悠”。

这张图片里，这星系团尺度的结构的形成，就是由暗物质引致的：

（图片来自 Formation of Galaxy Clusters）

曾经，人们认为，中微子可以是暗物质的良好候选者——它几乎不参与电磁相互作用，而且数量庞大，也是被人们理解得相对好的一种东西。中微子的质量非常小，所以，只要稍有动能，它们就以几乎是光速的速度运动——人们于是管这叫“热暗物质”。与之相对的，如果暗物质是由某些理论预言的大质量粒子构成，则它们在一定能量下的运动速度会相当低，于是被称为”冷暗物质“。在这两个模型竞争了许久之后，人们发现，如果暗物质是”热的“，则因为它们本身的速度一直很快，它们也可以在自身引力下塌缩凝聚，却难免让粒子们因为拥有高速而流失，使得塌缩形成结构的速度更慢，也不容易形成更小的结构；而这一切限制，则都与观测结论相悖。所以，时至今日，占据主导地位的暗物质模型，便是所谓“冷暗物质”了。虽然，时至今日，仍然没有人能准确指出，“冷暗物质”到底是由什么粒子构成的。

甚至，整个宇宙的演化历史，也与暗物质有关系。

宇宙的膨胀速度，由弗里德曼方程给出；方程之中，有一个位置，是给暗物质的（当然，还有一个位置，是给暗能量的）。简单地说，暗物质的存在，与普通物质和辐射一样，是在“将宇宙膨胀减速”的伟大事业中出了一份力气的……

顺便说一句，引力场的场源是能量——动量张量。辐射是有能量的，是会产生引力的！如若不然，我们的宇宙学理论就会从头错到尾，与观测结论完全对应不上。不要因为有“权威人士”声称“辐射场不产生