北京時間8月27日，宇宙中有數(shù)十億個星系、數(shù)萬億顆恒星，還有無數(shù)行星、衛(wèi)星、小行星、彗星、塵埃和氣體云。所有這些天體的組成部分是什么？他們來自哪里？

氫是宇宙中最常見的元素，其次是氦，這兩種元素幾乎構(gòu)成了所有常規(guī)物質(zhì)。然而，常規(guī)物質(zhì)只占宇宙的一小部分，大約為5%。宇宙的其余部分是由看不見的物質(zhì)組成的，只能通過間接方法來探測。

主要是氫

這一切都始于大約138億年前的一次大爆炸。就在那時，極其熾熱、極其致密的物質(zhì)突然向四面八方急速膨脹。幾毫秒后，中子、質(zhì)子、電子、光子等亞原子粒子在新生的宇宙中不斷碰撞，溫度約為1000億開爾文，并高速運動。

元素周期表中所有已知的元素，以及宇宙中的每一個天體，從黑洞到大質(zhì)量恒星再到太空塵埃，都是在大爆炸期間產(chǎn)生的。我們甚至不知道是否存在適用于如此炎熱、密集的環(huán)境的物理定律。

大爆炸后約100秒，宇宙溫度降至10億開爾文，仍然沸騰。大約38萬年后，宇宙冷卻到足以使質(zhì)子和中子聚集在一起形成鋰、氦和氫同位素氘，自由電子被捕獲形成中性原子。

由于早期宇宙中質(zhì)子眾多，氫作為最輕、只有一個質(zhì)子和一個中子的元素，成為含量最豐富的元素，占宇宙原子的近95%。根據(jù)美國國家航空航天局（NASA）的研究，宇宙中近5%的原子是氦。大爆炸后約2 億年，第一批恒星形成，同時形成的還有其他元素，這些元素僅占宇宙中剩余1% 常規(guī)物質(zhì)的一小部分。

看不見的顆粒

另一種看不見的東西是在大爆炸期間產(chǎn)生的：暗物質(zhì)。然而，科學家們還不能說出暗物質(zhì)采取什么形式，因為我們還沒有檢測到這些粒子。

在宇宙學中，暗物質(zhì)不能通過電磁波觀測來研究，即它不與電磁力相互作用。目前，科學家只能通過引力效應推測宇宙中是否存在大量暗物質(zhì)。因此，目前還無法直接觀測到暗物質(zhì)。是的，但我們可以從宇宙的第一道光——宇宙微波背景輻射中尋找暗物質(zhì)的微小波動，并從中獲取相關信息。科學家在20世紀30年代首次提出暗物質(zhì)的存在，認為暗物質(zhì)通過不可見的引力將快速移動的星系團聚集在一起。

幾十年后，也就是20世紀70年代，美國天文學家維拉·魯賓在研究恒星的自轉(zhuǎn)速度時，發(fā)現(xiàn)了更多暗物質(zhì)存在的間接證據(jù)。她發(fā)現(xiàn)星系外的速度比理論上預期的要快得多，因此她推測可能存在相當數(shù)量的暗物質(zhì)，阻止這部分因過大的離心力而與星系分離。

根據(jù)科學家的發(fā)現(xiàn)，天體物理學家計算出，暗物質(zhì)——即使無法被看到或測量，也應該占宇宙的很大一部分。大約20年前，科學家發(fā)現(xiàn)宇宙中存在比暗物質(zhì)更奇怪的東西：暗能量。在宇宙的構(gòu)成中，暗能量被認為比常規(guī)物質(zhì)或暗物質(zhì)豐富得多。暗物質(zhì)很可能由粒子物理標準模型之外的一種（或幾種）新粒子組成。暗物質(zhì)和暗能量的研究是現(xiàn)代物理學和粒子物理學的重要課題。

不可抗拒的力量

暗能量假說是對宇宙加速膨脹最流行的解釋。暗能量的發(fā)現(xiàn)源于科學家們想知道宇宙的膨脹是否會加速、減慢，甚至向內(nèi)塌縮。

當研究人員進行研究時，他們發(fā)現(xiàn)宇宙不僅沒有向內(nèi)塌縮，而且還在以前所未有的速度向外膨脹。研究人員得出結(jié)論，一種稱為暗能量的未知力量正在驅(qū)動宇宙膨脹并加速宇宙膨脹。這些發(fā)現(xiàn)為物理學家Adam Rees、Brian Schmidt 和Saul Perlmutter 贏得了2011 年諾貝爾物理學獎。

科學家發(fā)現(xiàn)暗能量占宇宙的70%到75%，而暗物質(zhì)約占20%到25%，而所謂的常規(guī)物質(zhì)——我們實際看到的——估計占宇宙的不到5% %。事實上，暗能量并不是真正的能量。在愛因斯坦的理論中，能量是指一切具有引力效應的事物，包括常規(guī)物質(zhì)、反物質(zhì)、光和暗物質(zhì)。相比之下，暗能量沒有引力效應，它導致宇宙加速膨脹的效應有時被稱為引力，使星系彼此遠離。

2010年，科學家發(fā)現(xiàn)宇宙中72.8%的物質(zhì)是暗能量，22.7%是暗物質(zhì)，4.5%是常規(guī)物質(zhì)。 2013年，普朗克衛(wèi)星數(shù)據(jù)顯示，暗能量為68.3%，暗物質(zhì)為26.8%，常規(guī)物質(zhì)為4.9%。

考慮到暗能量約占宇宙的四分之三，了解暗能量無疑是當今科學家面臨的最大挑戰(zhàn)。雖然暗能量在過去并沒有在宇宙演化中發(fā)揮巨大作用，但在未來它將發(fā)揮主導作用。因此，宇宙的命運取決于暗能量的性質(zhì)。