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●神秘的“暗能量”（dark energy）又是什么？
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●是什么导致了早期宇宙的体积在一段时期之内以“宇宙暴胀”（cosmological inflation）的形式呈指数级增长？
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当下是一个极好的观测时间，它也许可以告诉我们这些问题的答案。暗物质研究是粒子物理学与宇宙学交叉区域最前沿的研究方向。暗物质与普通物质（我们可以由探测器制造的物质）的作用极度微弱，微弱到我们现在还没有找到任何引力效应之外的暗物质存在的证据。
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因此，当前的研究只能期望“天降神迹”，虽然暗物质几乎不可见、几乎不与其他已知物质相互作用，但相互作用的强度还没有弱到完全无法探测 。这种说法并非仅仅是我们的一厢情愿，它建立在计算的基础上。我们在上文中曾经提到过这种计算，它指出：稳定的、相互作用的、与大型强子对撞机将要探索的弱能标相关的粒子，其密度与暗物质相符。我们希望，即便现在还没有确认暗物质的存在，在不远的未来我们也会有很大的机会探测到它。
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但多数宇宙学实验并不在加速器中进行。地球上专门向外部空间探索的实验主要用于确定、增强我们对宇宙学问题可能解决方案的理解。
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例如，天体物理学家们把人造卫星发射到太空中，这样就可以在一个不被地表附近的灰尘以及物理、化学过程遮蔽的环境中观测宇宙。地球上的望远镜与实验在一个科学家们可以更直接控制的环境里给了我们一些额外的洞见。这些在太空与地球进行的实验已经做好准备，以阐释“宇宙为什么会是现在这个样子”这一问题。
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我们希望，这些实验中某个充分强的信号（我们将在第21章中讨论）可以让我们破译暗物质之谜。这些实验可以告诉我们暗物质的本质，并且阐明它的相互作用与质量。与此同时，理论物理学家们正在努力思索所有暗物质的可能模型，以及如何使用所有已知的探测方法以研究暗物质到底是什么。
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暗能量，比暗物质更神秘的存在
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普通物质与暗物质还不能提供宇宙中能量的总量——它们总共只占27%。比暗物质更神秘的存在是被称为“暗能量”的东西，它构成余下73%的能量。
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暗能量的发现是20世纪末期意义最深远的一记“警钟”。尽管我们对宇宙的演化尚有很多不清楚之处，但我们已经在所谓的“大爆炸理论”及其补充理论“宇宙暴胀”（宇宙体积呈指数级增长的某个时期）的基础上，对宇宙的演化过程有了非常深刻的了解。
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暗能量
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暗能量是宇宙学及物理学领域的一种猜想。它是一种充溢空间的、增加宇宙膨胀速度的难以察觉的能量形式。
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大爆炸理论与一系列观测结果相符，包括对宇宙中微波辐射的观测，即从大爆炸时残余下来的微波背景辐射。宇宙原本是一个炎热、致密的火球。但在137.5亿年之后，它大幅地变得稀疏、冷却，留下了今日仅有2.7K的、冷却下来的辐射——仅比绝对零度[32] 高出几摄氏度。大爆炸理论中暴胀的其他证据可以通过对早期宇宙演化过程中产生的大量原子核的研究，以及对宇宙膨胀本身的测量来找到。
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那些我们用以计算出宇宙如何演化的根本方程由爱因斯坦在20世纪早期提出。这些方程告诉我们，在给定物质分布或能量分布的前提下，如何导出引力场。它们可以应用于描述太阳与地球之间的引力场，也可以用来描述整个宇宙。就一切情况而言，为了导出这些方程的结果，我们必须知道周围物质与能量的分布情况。
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令人震惊的观测结果是，对宇宙特征的现有测量结果需要引入某种不被物质携带的新能量形式来解释。这些能量不由粒子或者其他组分携带，也不像通常的物质一样聚集成团。它不随宇宙的膨胀变得稀薄，而是保持恒定的密度不变。由于这些遍布宇宙的、谜一般的能量，宇宙正在缓慢加速膨胀，即便这些能量没有物质载体，一片空无。
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爱因斯坦最初提出了一种被他称作“普适常数”（universal constant）的能量形式，之后被其他物理学家称作“宇宙学常数”（cosmological constant）。不久之后，爱因斯坦就认为这是一个错误概念。他试图用这个概念解释“为什么宇宙是稳态的”这一想法的确是走上了歧途。宇宙确实在膨胀，在爱因斯坦提出这个观点后不久，爱德温·哈勃（Edwin Hubble）就证实了这一点。膨胀不仅真实存在，现在看来，它的现有加速度还与爱因斯坦于1930年提出的、而又很快抛弃掉的有趣能量类型密不可分。
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我们想要更好地理解谜一般的暗能量。针对这一点的观测被设计为可以确认如下问题的答案：暗能量到底只是爱因斯坦最先提出的那种背景能量，还是某种随时间改变的新能量形式；或者是某种人们完全没有预料到，以至于我们现在甚至不知道如何去推断其性质的事物？
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寻找更多问题的答案
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这只是一个关于我们现在正在研究什么的示例（虽然是重要的例子）。除了我已经描述过的那些，更多的宇宙学研究还在筹划之中。引力波探测器将探测从吞噬一切的黑洞中传出的引力波，以及其他令人兴奋的、涉及大质量与高能标的现象。[33] 宇宙微波实验将要告诉我们宇宙膨胀的更多细节，对宇宙射线的寻找将告诉我们有关宇宙内容的新细节，红外线探测器也许可以找到宇宙中更新奇的事物。
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在某些情况下，我们将足够好地理解观测结果，以知晓对物质与物理定律的底层本质而言，它们意味着什么。对于其他情况，我们将要花费大量的时间以揭露其蕴意。不管发生了什么事情，理论与实验数据之间的相互影响将把我们带往对环绕着我们的宇宙的更高级解释，并把知识扩张到我们目前尚不能及的领域。
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某些实验也许很快就会有结果，另一些可能会在多年之后才会有结果。当实验数据产生后，理论物理学家们将不得不重新考虑，有时甚至需要放弃已提出的解释，这样我们就可以改善并正确应用我们的理论。这听起来很令人沮丧，但事情并不像你想象的那么坏。当实验结果引领着研究方向、保证我们确实有所进展时，我们渴望能预期一些线索，以帮助我们回答问题——即便接受那些新结果有可能意味着我们要放弃旧观念。我们的假说最初根植于理论的一致性与优美性，然而，正如我们接下来将看到的遍及全书的理念：是实验结果，而不是死板的信仰，最终决定了什么是正确的。
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叩响天堂之门：宇宙探索的历程 [:1700950062]
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叩响天堂之门：宇宙探索的历程
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