1、微波背景辐射的来龙去脉

一个个无比短暂的粒子时代渐行渐远，宇宙即将进入物质时代，庞大能量终将成为我们世界的物质来源。

现在，诞生35分钟后的宇宙怎么样了？

宇宙演化到现在，我们可以知道，此时的宇宙中充满了以下这些成分：大量光子（被束缚着跑不快）、氢核（就是很多的自由质子，至于中子就没一个可以坚持下来，要么和质子结成核，要么全部衰变为质子）、中微子（自由散漫的懒惰者），还有少量电子（产生电子的速度一直没能超过电子的湮灭过程，让电子成了宇宙中的少数民族）、少量氦核（氦三、氘核、氚核从没停止过结合为氦核的努力，但也仅保留下十万分之几的比例）点缀其中，宇宙成为一块极其巨大的最原始的“星云”， 原生物质氢核和氦核分布在整个太空，它们之间的引力微弱，远不足以克服巨大的扩散压力和辐射压，因此无法凝聚成团。

除此之外，宇宙空间中还充斥着极强壮的高能辐射，炽热惊人。然后，宇宙再没发生什么值得一提的事情，就这么静静的等待着温度降低，一直等待了数十万年。

光阴一分分，一年年地流逝着，37.6万年过去后，宇宙温度终于从诞生时候的10度降到了大约3000度，在这个温度关口，宇宙开始出现了一丝变化。

宇宙第一次放晴了，相对而言的放晴，其实整体还是黑暗的，局部略微有点亮而已。

相对于粒子时代的浓厚云雾来说，宇宙清晰了一点点，却依然是黑暗的、看不清楚的——因为大量不透明的氢气弥漫在宇宙中遮掩了一切，尽管此后逐渐有恒星、星系诞生，但它们产生的光仍然很暗，并且被弥散在宇宙中的“氢气雾”遮掩，一直等到10亿年后，星系越来越多，“氢气雾”被电磁辐射驱散后，宇宙才开始彻底清晰起来。

除了宇宙的第一次放晴，在37.6万年这个时间点，宇宙还有一件必须说清楚的事情，因为这件事儿给我们的天文学家打开了一扇非常非常宝贵的窗户，让我们可以一窥宇宙之初。

这件事儿就是我们刚才讨论过的宇宙微波背景辐射。

许多年前，人类首次探测到微弱的宇宙微波背景辐射，最终确定是宇宙“大爆炸”留下的空谷回音。这个宇宙微波背景辐射是个怎么回事，我们经常提到它，却还是有些茫茫然，为什么宇宙中会存在这个东西呢？

它就来自于37.6万年的宇宙。

37.6万年时，宇宙这一团十分巨大而又异常炽热的膨胀气云中，光子能量随着温度一起降到了不足以击碎原子甚至激发原子的程度，那些裸露的原子核周围开始聚集电子来形成原子，于是，大量的氢原子、氦原子等陆续出现，宇宙这时就进入了光子和原子相互分离的退耦时代——光子不再散落于四处，而是开始向外围奔涌（现在我们仍然能看见从这一时期逃脱出来的光子，只不过时间和距离已经将它们移至微波的波长，而且换了个名字叫做宇宙微波背景辐射）。

简单说来，宇宙微波背景辐射形成在大爆炸后37.6万年，本质上算是光子形成的连续波：高温时的大量光子被原始粒子汤束缚住无法自由活动，大尺度上去看光子，仅仅表现为一种不动的背景。直到37.6万年时，宇宙降温到3000度，光子因为所带的能量降低，低到再也不能激发周围的中性原子，随之而来的是电子被关入原子中坐了“禁闭”，失去了电子的宇宙开始不带电了，光子终于不受干扰地沿着直线行进，热辐射便慢慢地与宇宙中的物质失去接触，从宇宙汤里脱身而出，向四面八方所有空间散射开来，不再与物质产生相互作用，而独自成为宇宙背景辐射，直到将近100多亿年过去后，人类的两个科学家在无意中发现了这些大范围上无处不在、已经冷却成为微波辐射的“最古老的光”，通过对它的研究，可以让我们直接观察 37.6万年时的宇宙模样，从而窥探宇宙诞生的初期状况。

这就是宇宙微波背景辐射来龙去脉和它的意义所在。

2001年，美国宇航局的威尔金森微波各向异性探测器发射升空，目标是找出宇宙微波背景辐射的温度之间的微小差异，以帮助测试有关宇宙产生的各种理论。

图：2003年美国宇航局WMAP拍摄的宇宙微波辐射全景图

版权：NASA , GSFC, WMAP Teams

上图表示的是全宇宙360度全方位微波投影在一个椭圆形的平面图，是宇宙诞生37.6万年后宇宙微波的分布图。这个微波分布得极为均匀，不均匀的幅度只是均匀数值的10万分之一，比台球的表面还要光滑，这其中深藏着宇宙的许多秘密。

比如说，图上可以看出宇宙大爆炸后的37.6万年是一个分水岭，在此之前，电子质子挤在一起让宇宙发热，在此之后，光子挣脱束缚扬长而去，声波振荡停止，中性物质在重力场推动下，逐渐凝聚成胚胎宇宙，继续膨胀。

2009年5月，欧洲空间局的普朗克卫星成功升空，其重要任务之一，就是精确测量宇宙微波背景辐射的数值分布。它将扫描天空中电磁光谱的9个波段，其中包括了伽玛射线、可见光、无线电波等一切可能的辐射（这个巨大的工程现在还没有到庆祝的时刻，想要获得最终的图片，我们还只是刚刚起航）。

图：欧空局普朗克卫星的宇宙微波照片

版权：ESA/LFI HFI CONSORTIA

2010年7月，欧洲空间局公布了普朗克卫星历时六个月所拍摄的第一张宇宙全景照片。银河系在这张地图上是中部那道最明亮的杠。但真正的科学研究必须将闪亮的银河系从地图中清除干净，那些由铁红色和橙色斑点组成的暗淡背景才是在整个宇宙中充斥着的“光”的最原始的化石。

普朗克卫星仍在遥远的太空独自旅行，它从未停止工作，默默的捕捉着宇宙中最古老、最微弱的光芒，发送回地球上翘首以待的科学家，可惜更完整的数据至少要等到2012年年末才可以得到。

2、谜一般的黑暗时代

大爆炸的光辉褪去之后，从37.6万年开始，宇宙进入了一个长达10亿年的漆黑年代，这一段漫长岁月，就是宇宙学研究上的空白阶段——“宇宙黑暗时代”。

对“黑暗时代”的研究是当今科学前沿课题之一，而发现和研究在“黑暗时代”诞生的恒星和星系，是揭开这一时代奥秘的关键。

第一代恒星是什么时候出现的？

宇宙间第一缕光芒是怎么放射出来的？

虽然我们自己觉得已经弄明白了宇宙的很多问题，可偏偏在这一点上，只能摇摇头遗憾的说：不清楚。

确实是真的，我们对这段黑暗历史几乎一无所知。我们不知道宇宙中的第一批天体是何时形成的，不知道究竟是第一批恒星还是最早的黑洞照亮了整个宇宙，终结黑暗时代。

这个阶段的宇宙，深深的潜藏在“黑暗时代”的超深空宇宙深渊中，让我们无法去一探究竟。

我们仅仅知道，在37.6万年时，氢和氦大量形成，自由的电子和质子结成中性原子，弥漫在宇宙中遮掩了一切，让这个时代的宇宙异常黑暗不透明。此后，降温后的物质逐渐聚集坍缩，形成了第一代恒星或者星系又或者黑洞，肯定出现了第一缕光，但它们产生的光被弥散在宇宙中的“氢气雾”遮掩，并且很古老很微弱，遥远的让我们最先进的望远镜也观测不到。

按理论推算，在这段时期内，原始宇宙气云中存在着微弱的密度差异，因为宇宙间最弱的力——万有引力——终于在此时发生作用，这些物质原子在引力作用下缓慢聚集成巨大的纤维状的云，尽管宇宙作为一个整体仍然在膨胀，但其中的一些气云团却变得越来越密集，正是在这些气云团中，密度大的物质聚拢形成了最初的星系或者恒星。

第一代星系中包含有从原初气云团中形成的第一代大质量恒星，这些恒星会以超新星爆发的形式为宇宙制造出第一批重元素，但是我们却不知道最古老的第一代大质量恒星是什么时候形成的。

我们甚至不知道首先形成的是巨型恒星还是巨型星系，又或者是巨型黑洞。

恒星、星系和黑洞同样会照亮宇宙：高温、明亮的恒星会辐射出巨量紫外线电离云雾来使宇宙透明，而落向黑洞的物质其温度会高到足以产生X射线来照亮宇宙。所以没有人知道，究竟是哪一个率先开始发出明亮的辐射，但有一件事情是肯定的：在大爆炸10亿年之后，宇宙的灯光不知道被谁给点亮了，强大的电磁辐射驱散了浓密氢云，让宇宙可以透光透明。

2011年4月，欧洲空间局发现了一个距今135.5亿年（宇宙诞生后2亿年）的星系，是目前最古老的星系。这是法国里昂大学里昂天文台利用哈勃太空望远镜和史匹哲太空望远镜所作出的重要发现，之后又利用夏威夷凯克天文台的仪器测定了该星系的光是128亿年前发出的，尤其重要的是对该星系光谱的进一步研究显示，星系中最早的恒星已有7.5亿年历史，研究人员因此判断该星系诞生于135.5亿年前。这一成果发表在英国《皇家天文学会月刊》上，将有助于揭开宇宙“黑暗时代”之谜，目前，我们还在拭目以待他们的最终研究报告。

另外，韦伯太空望远镜计划在最早2015年发射。它拥有强过哈勃100倍的观测能力，届时，科学家将能探测距离更远、年龄更老的星系，或许进一步揭开宇宙“黑暗时代”的奥秘。

除了韦伯太空望远镜，美国宇航局计划在月球背面建造一台太空望远镜——“黑暗时代月球干涉测量仪”(DALI)，以便让天文学家对宇宙诞生后的头5亿年历史进行观测研究。

由此可见，科学界对于黑暗时代谜题的破解有着多么的渴望，但是目前，我们只好遗憾的说，我们不知道黑暗时代的具体情况。

接下来，我们将要去仔细了解宇宙中千奇百怪的各种天体，但是在这之前，我们还有必要去了解宇宙天文学的另外一个神秘领域，神秘的无法准确去命名，只能不准确的称之为——暗物质和暗能量。

这个新领域代表了宇宙中96%的未知物质含量，是21世纪初科学界最大的谜题，全世界的科学家都接到了这个挑战，至今却还没人能够揭开谜底。

揭开这个谜底，哪怕仅仅是迈进一步，都有可能登上诺贝尔奖的领奖台，因为这个问题的答案会让我们搞清楚一个终极问题——我们将往何处去？那将是全宇宙包括我们的最终归宿。

3、另一个谜局

仰望星空，浩瀚无垠，湛蓝的天空中繁星密布，无数的星光在闪烁，可是谁能知道，我们看到和观测到的仅仅只有宇宙中的4%，还有庞大到96%的未知世界等着我们去发掘，那是个属于暗物质和暗能量的潜伏宇宙，里头藏着太多的未解之谜。

暗物质并非科学家的猜测，它除了坚实的理论基础之外，还有着大量的观测数据。

1915年，爱因斯坦根据他的相对论得出推论：宇宙的形状取决于宇宙质量的多少，宇宙物质的平均密度必须达到5×10克/立方厘米。

可是，迄今可观测到的宇宙的密度，却比这个值小了100倍，也就是说，宇宙中的大多数物质“失踪”不见了。

1933年前后，瑞士天文学家弗里兹·兹维基发现星系团中的星系具有极高的运动速度，如此高的速度就要求整个星系团拥有极大的质量，大到足以吸引住这些高速运转的内部星系，不让它们脱离约束而使星系团分崩离析。让他困惑的是根据观测，各个星系加起来只占星系团总质量的三百分之一以下，其余99%以上的质量失踪不见，他由此提出了暗物质存在的理论。不过，兹威基的结果在当时让许多人不相信。

到了上世纪70年代，美国科学家维拉·鲁宾与其他科学家一起发现星系边缘出现了恒星速度过快的反常现象，按照物理规律，这些相对靠外的恒星应比靠近星系核心的恒星移动速度更慢才合理，但维拉·鲁宾的观测研究却出现了反常状况——行星距离中心越远，运动速度越快。当时的科学界意识到，这一观测报告间接指出了某种我们不知道的物质存在。

时间又过去了几十年，暗物质终于从理论中走上前台，让我们认识到它是宇宙的极其重要组成部分。下面，我们简略的讨论一下暗物质。

如何测算星系的质量？

我们可以根据人造卫星运行的速度和高度，测出地球的总质量；还可以根据地球绕日运行速度和地日距离，测出太阳的总质量；同理，根据星体围绕星系运行的速度和该物体距星系中心的距离，科学家就能大致测出星系的总质量。

但是，令人惊讶的是科学家最终发现，星系的总质量远远大于星系中可见星体的质量总和！按照这个计算结果，将不得不推出一个结论：星系里必然存在着大量的、看不见的某种物质，因为它无法被直接看到，所以被命名为暗物质。

在宇宙学中，暗物质特指那些不发射任何光及电磁辐射的物质。

暗物质无法直接观测得到，但它却能干扰星体发出的光波或引力，其存在能被明显地感受到。科学家曾对暗物质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，现在也只能通过引力产生的效应得知宇宙中有大量暗物质的存在。

那么，暗物质有多少呢？

现代天文学通过引力透镜、宇宙中大尺度结构形成、微波背景辐射等研究表明：宇宙中存在大量非可见物质的暗物质和暗能量。

在宇宙中可观测到的各种星际物质、星体、恒星、星团、星云、类星体、星系等加起来的质量总和只占宇宙总质量的4%，还有96%的物质没有被直接观测到。科学家们看不到，探测不到它们，甚至无法想象出它们的摸样。这些神秘物质被称作暗物质和暗能量，隐匿于黑暗之中，无影无踪。

图：宇宙的物质比例

尽管看不见摸不着，但是它们会对“可见宇宙”施加引力影响，而这种影响是能够被察觉到的。

2011年10月，天文学家利用哈勃星群透镜和超新星测量器具“CLASH”对巨大透镜星系群“MACS1206”进行跟踪研究，通过使用先进的照相设备及宽视场照相机来覆盖一个十分广阔的波长领域，。这个星系群“MACS1206”距离地球45亿光年，有着巨大的引力，并且导致其周围的物质发生扭曲，其中包括它周围的时空构造及附近其他行星上发出的光芒，也都会在该星系群引力的影响下变得弯曲。

图：星系团MACS1206周围的暗物质造成引力透镜的扭曲影像

图片作者： RobertNemiroff(MTU)&JerryBonnell(UMCP)@NASA

版权： NASA and the Hubble SM4 ERO Team & ST-ECF

远远看去，该星系群就像是一个将周围物质均扩进视线中的巨大的“镜头”。

天文学家认为，星系群“MACS1206”周围的光会发生弯曲，足以能够说明在该星系群中存有大量的暗物质。而且从图片中也可以看出，如果在星系群“MACS1206”中仅存有与我们所见行星或者星球般质量的暗物质，则在图片中所见的弯曲图像就会更加微弱，这也从侧面说明了该星系中存有暗物质量的巨大。

据悉，研究人员正在利用这个暗物质“地图”来对早先有关暗物质的研究结果进行测试，至今，第一个星系群的精确形成时间还不能确定，但是据估测，它应该至少在90—120亿年前形成，如果CLASH能够调查到大部分的星系群中心处都含有过高含量的暗物质，那么就可以发现宇宙起源早期的相关研究线索，因此研究人员还将继续对星系群中的暗物质进行研究与探索。

如果我们不了解暗物质的性质，就不能说我们已经了解了宇宙。

茫茫宇宙中，恒星间相互作用，做着各种各样的轨道运动，而有些运动我们却找不着其作用对应的物质。

宇宙的大尺度结构是泡沫状，无数星系聚集成“星系长城”成为泡沫的连接纤维，而纤维之间是巨大的“宇宙空洞”，即大泡泡，直径达1~3亿光年。如果没有一种看不见的暗物质的附加引力“帮忙”，这么大的空洞是不能维持的，就像屋顶和桥梁的跨度过大不能支持一样。

图：宇宙大尺度结构电脑模拟图，每个小亮点表示一个星系，大亮点则是超级星系团。

版权：MPIA/Springel等

暗物质似乎相当于一个隐形的、但必不可少的背景，星系(包括银河系)都被笼罩在其中高速移动。

可见物质之所以可见，就在于它们总是能与“光”或者部分“波”发生相互作用，甚至在一定的条件下自身就发光，从而被人们可以感知、看见、摸到、借助仪器测量到，但是暗物质恰恰相反，它根本不与光发生作用更不会发光，因为不发光又不与光发生任何作用，所以不会反射、折散或散射光，对于所有各种“波”和“光”来说，它们就是百分之百的透明体！所以，在天文上用光的手段，我们绝对看不到暗物质，不管是利用电磁波、无线电还是利用红外射线、伽马射线、X射线这些统统都毫无用处，故尔不被人们的感知所感觉也不被目前的仪器所观测，但是跟可见物质一样，暗物质具有引力，几十亿颗恒星正是在它们的帮助下聚集到星系里。

有的观点认为，暗物质能够直接穿越地球、房屋和人们的身体。一些科学家已经开始在地下寻找暗物质粒子存在的证据，甚至认为暗物质就在我们的周围，每时每刻都存在一种交互作用。

那么，宇宙中有可能存在暗物质构成的星系吗？

有可能的。

2007年，美国康奈尔大学的科学家为首的一个国际天文研究小组在室女座星系团中发现了一个由暗物质组成的星系，将其编号为VIRGOHI21（室女座HI21星系）。

科学家们在“NGC 4254”星系周围观测到典型的气体发光现象，后来的重力测量结果显示，“NGC 4254”星系旁边肯定存在着一个巨大的星系，但是他们却无论如何也观测不到这个星系。

在荷兰的“威斯特博尔克综合射电天文望远镜”(Westerbork Synthesis Radio Telescope)帮助下，科学家们精确测定了该星系的大小。

通过“哈勃”轨道天文望远镜的进一步观测，证明该星系中没有存在任何一颗恒星，甚至连构成普通恒星和行星的物质也找不到，是实实在在的由纯暗物质构成的星系（找不到图片来形容这一研究成果，那里根本就是一片黑暗）。

中国的科学家在暗物质研究方面也是一直在努力，于2010年12月投入使用的“锦屏地下实验室”就是一个暗物质研究基地，这个地下实验室是世界上岩石覆盖最深的实验室。目前，清华大学实验组的暗物质探测器已经率先进入实验室启动探测工作，专门“搜捕”宇宙中神秘的暗物质。

为什么要去地下寻找宇宙中存在的暗物质？这是因为暗物质颇有个性，它的作用力过于微乎其微，而且散射截面很小。就像一只足球能被球网挡住，但是一个小铁球就能穿网而过。

那么，暗物质会是什么粒子组成的呢？

标准模型给出的62种粒子中，能够稳定地独立存在的粒子只有12种，它们是电子、正电子、质子、反质子、光子、3种中微子、3种反中微子和引力子。这12种稳定粒子中，电子、正电子、质子、反质子是带电的，不可能是暗物质粒子，光子和引力子的静止质量是零，也不可能是暗物质粒子。因此，如果暗物质粒子真的包括在62种粒子中，那最有可能的只能是3种中微子和3种反中微子。

至于探测到暗物质之后能派上什么用场，对未来的生活会发生怎样的影响，我们现在还不得而知。就像电被发明时，人们尚无法想象后来的电视、电脑。

暗物质的存在的确令人难以置信，然而，随着证据的不断增加，它如今已经成为牢固确立的概念准则。实际上，暗物质必须存在，才能解释为何单个星系快速旋转却没有分崩离析和星系群为何以这样相互作用的方式运动。如果不存在比可见物质多10倍的暗物质，那么宇宙的结构将不合情理，而大自然的法则是不允许不合理的，它告诉我们宇宙中每一个星系，包括银河系在内，都被包裹在一团巨大的暗物质中。

但是暗物质并非无处不在，它们只在某些地方聚集成团状，而对另一些地方却不屑一顾。有暗物质的地方，就有恒星和星系，没有暗物质的地方，就什么都没有。暗物质似乎相当于一个隐形的、但必不可少的背景，宇宙中的某些地方没有任何暗物质和可见物质，而它们在另外一些地方却异常密集。但可惜的是，我们对暗物质究竟是什么还是一无所知……。

总之，现在的科学界已有多数天文学家认为，宇宙中隐藏着大量的暗物质，不过这些东西到底是由什么粒子构成的还有待于进一步探索。

4、宇宙的死亡证书：暗能量

如同所有的理论一样，关于宇宙历史的大爆炸学说和暴胀理论尽管非常成功，却还有一些重要问题尚待澄清。

例如，我们承认了暗物质的存在，却发现可见物质和暗物质密度之和仍然远远小于临界密度，说明还有除此之外的某种未知事物在填补着空缺的密度，但是大爆炸理论无法解释这一点。

又例如，宇宙不断加速膨胀早已是不争的事实，但万有引力应该使这个膨胀只能减速，不能加速或者等速。科学界用尽努力去试图推导出膨胀速度的理论，却分歧极大，得不到协调一致的答案，这里一定还有我们不知道的原因在起着巨大作用，大爆炸理论中没有指出这一点，甚至和宇宙加速膨胀的实际情况不符。

按照宇宙大爆炸理论，在大爆炸发生之后，随着时间的推移，宇宙的膨胀速度将因为物质之间的引力作用而逐渐减慢。也就是说，距离地球相对遥远的星系，其远离速度应该比近的星系慢一些。但是在1998年开始，高红移超新星课题组和超新星宇宙学课题组，两个课题组都发现那些远的Ⅰa型超新星的亮度比预期的更暗(即更远)。从而，他们发现了宇宙不是在减速膨胀，而是在加速膨胀：所有遥远的星系正以越来越快的速度飞奔而去。

换句话说，宇宙越来越加快膨胀速度，仿佛一辆不断狂踩油门的汽车，而不是像此前科学家所预测的那样处于减速膨胀状态。2006年，两个课题组的负责人分享了该年度的“邵逸夫天文学奖”。

宇宙加速膨胀这样一个完全出乎意料的观测结果，从根本上动摇了人类对宇宙的传统理解。

到底是什么样的力量，在促使所有的星系或者其他物质加速远离呢？

难道宇宙中除了强力、弱力、电磁力和引力之外，还存在第五种力？

科学家们实在找不出合理的解释，只好将这种加速膨胀的未知原因，称为“暗能量”。

“暗能量”比“暗物质”还要奇特，甚至有过之而无不及，因为它只有物质的作用效应而不具备物质的基本特征，连物质都称不上，只能被暂且称之为“暗能量”。

从1998年首次发现暗能量存在证据一直到现在，时间过去了十多年，我们对于暗能量的研究几乎还是原地踏步，没有什么实质性的进展。至今我们能够给出的，仍然是一个十分粗略的宇宙结构图：普通原子构成的一草一木、山河星月，仅占整个宇宙的4%；未知粒子构成的暗物质占据23%，它们不参与电磁作用，因参与引力作用而被探测到；剩下的73%，则由无处不在、无时不在、最神秘的暗能量所构成。

可以看出，占据宇宙中统治地位的暗能量我们知之甚少，还不清楚如何在实验室里验证其存在，惟一手段只能是通过超新星爆炸来间接观测出它的存在。

很多科学家认为，这种暗能量将是我们宇宙的死亡证书，在暗能量的作用下，整个宇宙最终将加速膨胀，直到整个空间崩溃，万物分崩离析……除非有一天，宇宙能够突然减慢膨胀速度，可惜的是我们现在的所有观测数据，都无法得出减速情况有可能发生的证据。

回顾历史是很有意思的，宇宙中存在暗能量的概念，需要追溯到爱因斯坦在1917年的理论，他从广义相对论中导出一组引力方程式，结果显示宇宙一定处于永恒的动态中，这就与爱因斯坦的静止宇宙观相违背，为了使宇宙显示一个静止状态，爱因斯坦不得不给方程式加入一个人为的常数项，这个常数项被称为“宇宙常数”。

1929年，埃德温·哈勃仔细测量星系后得出宇宙一直在膨胀的结果，并且这一观测结果完全与引入“宇宙常数”之前的引力方程的计算结果相符合，爱因斯坦得知消息后非常懊悔，便从方程式中剔除了这个臆想的常数，此后那个“宇宙常数”逐渐被人们所遗忘。

1998年，科学家观测到宇宙确实在加速膨胀，这就预示着宇宙中存在着某种“巨大的东西”，也让这个被爱因斯坦放弃的“宇宙常数”重新赋予了“暗能量”的含义。如果暗能量就是这个宇宙常数的话，那么它的力量强弱将只和宇宙的大小体积有关。随着宇宙的膨胀，暗能量也将随着空间增大而加强力量。最终，它会达到一个临界点，使得宇宙从减速状态变成加速状态，并且一直加速下去。这和迄今为止的观测结果相符合：宇宙经历过暴胀后，膨胀速度一度曾经变慢，直到90亿年前出现另外一种力量加大膨胀力度，又经过一番数十亿年的僵持后，在50亿至60亿年前，这种未知能量占据上风，让宇宙转变为加速膨胀状态，并且一直持续至今。

这是一幅示意图，表示宇宙处于万有引力和暗能量的平衡之中，图中用下方的绿色网格线代表万有引力，而用上方的紫色网格代表暗能量。美国宇航局星系进化探测器和澳大利亚英澳望远镜的最新结果证实，暗能量（紫色格显示的）是光滑均匀的力量，支配着重力的效应（绿色格）。

暗能量无处不在，反而让人们很难意识到它的存在。它是均匀分布的，不会在某个地方聚集成团。不论是在家中的客厅，还是在星际空间，暗能量的密度都完全一样，约为10千克/立方米，相当于几个氢原子的质量。太阳系中所有的暗能量加起来，与一颗小行星的质量差不多，只有在巨大的空间尺度上和时间跨度上，才能体现出暗能量的影响力。

关于暗能量研究的最大困难，在于迄今为止，研究手段十分有限。目前仍然是借助于对超新星爆炸的观测。鉴于这些超新星距离地球非常非常遥远，观测它们的难度，就像在两个月球的距离之外观测一个60瓦的灯泡。即使哈勃望远镜具有非常高的敏感度，也存在难以消除的系统误差。

目前，中国科学家也正在试图利用北京附近的 LAMOST（大天区面积多目标光纤光谱望远镜）来观测超新星，从而探索在中国首次进行暗能量实验研究的可能性。而利用伽马射线暴（超大质量星体爆发而形成的宇宙高能辐射），也许将为进一步研究更早期的暗能量提供间接手段。

1979年诺贝尔物理学奖得主斯蒂芬·温伯格曾明确表示，如果不解决暗能量这个‘路障’，我们就无法全面理解基础物理学。但是，何时才能得到这个“绝对配得上诺贝尔奖”的问题的答案，目前还是一个巨大的问号——本书完成过程中，2011年诺贝尔物理学奖颁发给了1998年首次发现宇宙加速膨胀的科学家，但依然没有得出暗能量的相关答案。

未来几十年天文学研究的重中之重，就是暗物质的本质问题和暗能量的性质问题。

两大谜题的答案或许会让所有人忐忑不安，因为这将预示着爱因斯坦、霍金等理论家可能都错了，影响并决定整个宇宙的力量不是引力和重力等已知作用力，而是以“宇宙常量”形式存在的暗能量或者暗物质。

现在的科学界因为暗物质和暗能量的困扰，呈现一种混沌状况，许多科学家都基于自己的理解给出各自解释，多种多样，五花八门，却都无法形成主流的共识。

有人认为，暗能量在宇宙中更可能是一种背景，它就像是空气相对于人类或者是大海相对于鱼儿一样，故尔在宇宙物理学上它的确表现得更像一个真空，因此也有人把“暗能量”称之为“真空能”。

那么真空是不是就是“暗能量”? “暗能量”是不是就是“真空能”呢？

如果真空一旦被证明具备力的属性，那么“真空力”就将成为独立于万有引力、电磁力、强力和弱力之后在自然界中普遍存在着的 “第五种力”，真空就是物理学史上已经被抛弃的“以太”，还是那个占整个宇宙96%以上的份额并控制着整个宇宙的神秘能量—“暗能量”。

其他比较有代表性的包括精质模型、幽灵模型等，中国专家也分别提出了精灵和全息模型。这些暗能量理论所指向的都是截然不同的宇宙未来：

根据精质模型，宇宙的未来将复杂得多：宇宙也许将继续加速膨胀下去，也许会减缓膨胀的速度，甚至走向收缩，导致最终以与大爆炸相反的“大坍缩”收场。

根据幽灵模型，暗能量将不断增大，也许导致宇宙以越来越快的加速度膨胀。最终，宇宙将走向“大撕裂”。

根据精灵模型，就得出一个“振荡的未来”：整个宇宙将在加速膨胀和减速膨胀之间反复演绎，“大坍缩”和“大撕裂”这两种极端的情况都不会出现。

……………。

科学界关于暗物质和暗能量的理论混乱，由此可见一斑。

让我们暂且结束关于暗物质和暗能量的困惑，回到宇宙的发展道路上来——空间继续膨胀，温度继续降低，宇宙从黑暗时代开始一步步走进星星的世界。

大爆炸发生过后10亿年，氢核和氦核形成各自的原子后，原子间的引力也终于战胜扩散压力和辐射压，在它的作用下渐渐形成了一个个物质密度较大的地区，并继续向中心收缩，原始星云就这样形成了，这一大块由氢氦两种元素构成的巨大原始星云虽然非常稀薄，却表明宇宙物质不再处于均匀分布的状态，它将是所有星星的摇篮，也是我们接下来要重点讲述的内容——漫天繁星的起源和发展——主宰宇宙发展历史的星的海洋。

87亿年后，太阳诞生，地球和其他行星围绕太阳逐渐形成太阳系。

大约10万年前，晚期智人出现在地球上。

100年来，我们自认为对宇宙的秘密了解了许多许多。

现在，就让我们一起进入到宇宙的星星海洋中，去看看我们这些碳基生命都了解了多少宇宙的秘密。