隐形的宇宙：太空中含有多少暗物质与暗能量

有真实存在的东西当中，我们能够看见的只占极小的一部分。为了一窥我们周围这个隐形的宇宙，科学家正尝试探测我们无法看见的其他东西：暗物质与暗能量。

　　从前人们常说，宇宙学家，也就是研究宇宙整体的科学家，「经常出错，却从不疑惑」。

　　现在他们较不常出错了，但疑惑却愈滚愈大。运用更新更好的望远镜、光侦测器和电脑进行了数十年的研究之后，宇宙学家现在已经可以带点把握地说，宇宙是138.2亿年前诞生的，最初应该是一颗比原子还要小的气泡。他们首度以超过0.001的准确度绘制出宇宙的背景辐射――也就是宇宙只有37万8000岁时释放出来的光。

　　但他们也得到这样的结论：天空中可见的所有恒星及星系，只占了整个可观察宇宙的5%。看不见的那一大部分则是27%的暗物质与68%的暗能量。两者都是谜团。组成宇宙宏观架构的是星系，而一般认为，有着发光的圆盘与旋臂的星系是由暗物质塑造出来的――但却没有人知道暗物质是什么。暗能量就更神秘了。科学家造了这个词，用以代表加快宇宙膨胀速度的不知什么东西。有人说：「宇宙中任何我们不了解的巨观特性，都统称为暗能量。」

　　因此，今日的宇宙学者发现自己陷入了与当年的美国总统杰佛逊相似的无知中。 1804年，杰佛逊曾叮嘱探险家路易斯与克拉克要小心长毛象。杰佛逊和他那个时代的人只知道，从密西西比河到太平洋之间的北美洲很大、很重要，但他们对于可能生存在那里的生物却只有隐约的概念。

　　最早对暗物质无所不在的概念产生初步想法的，是瑞士天文学家弗里茨．茨威基。 1930年代，在南加州的威尔逊山天文台工作时，茨威基测量了距离地球3亿2100万光年的后发座星系团中的星系绕着星系团中心旋转的速度。根据他的计算，除非这个星系团含有的物质远远多于可见之物，否则这些星系应该早就被抛到太空里去了。他因此推测，后发座星系团能够存在数十亿年，只有一种可能：「宇宙中存在的暗物质密度远高于可见物质。」后来的研究显示，若不是暗物质产生的重力在宇宙还很年轻的时候将初生的物质聚集在一起，星系根本不会形成。

　　暗物质不可能只是不容易看到的普通物质，因为普通物质的量没有那么大。宇宙中确实有数以兆计由普通物质构成并且较为黯淡无光的物体――包括黑洞、矮星、冷气体云、从诞生地被抛掷出来的流浪行星――但是在任何可能为真的状况下，它们加起来的总质量都不会是发光物质的五倍。因此科学家认为，暗物质一定是更不寻常的东西。研究「超对称量子物理学」的理论学者想出了各式各样未曾观察到的物质形态，其中也许有一种（或多种）最后会被证明是暗物质。但欧洲核物理研究中心（CERN）位于瑞士日内瓦的大型强子对撞机最近得到的实验结果已排除了几种超对称理论的可能。一位理论家说，他们的心情「颇为沉重」。与其臆测暗物质的确切身分，寻找暗物质的大部分科学家只会说他们在寻找「大质量弱作用粒子」（简称WIMP）。