神秘的影響因素似乎正在以意想不到的方式將宇宙拉伸開來，並將某些東西聚攏在一起，但我們卻看不到或摸不到它們。科學家把這些影響因素稱為暗能量和暗物質。

人類對天空的研究已有數千年的歷史，而在上個世紀，科學家們才真正開始了解宇宙是如何在一種叫做”萬有引力”的力量影響下運動和變化的。萬有引力影響萬物，不僅包括物質（科學用語），也包括光。它把我們的身體拉向地球，也在恆星和星系之間的遙遠距離上發揮作用。

在這段”科學101″影片中，博士後研究員吉莉安-貝爾茨-莫爾曼（Gillian Beltz-Mohrmann）和弗洛里安-凱魯佐雷（Florian Kéruzoré）將探討科學界的兩大謎團：暗物質和暗能量。這些奇怪的影響因素似乎正在以意想不到的方式將宇宙拉伸開來，並將物質聚集在一起。它們加在一起佔宇宙的95%，但由於我們看不見、摸不著，所以不知道它們是什麼。全球各地的研究人員，包括美國能源部阿貢國家實驗室的科學家，正在透過大型宇宙學調查、粒子物理實驗以及先進的計算和模擬，研究暗物質和暗能量的本質。

引力在星系的形成和移動過程中扮演著至關重要的角色。隨著科學家對宇宙的了解加深，他們發現除非存在大量看不見的物質–比我們尚未發現的物質還要多得多–否則星系的許多行為都是不合理的。這種看不見的物質–或者說暗物質–會產生額外的引力。如果它不存在，有些星係就會飛散，有些星系根本不會形成。

這張圖展示了一個真實的例子，說明暗物質如何使螺旋星系的外部區域比只受可見物質引力影響的星系旋轉得更快。這種差異顯示暗物質的存在，並施加了額外的引力。資料來源：阿貢國家實驗室

我們稱它為”暗”是因為我們看不見它。與可見物質（我們能看到的物質，包括恆星、行星、水等）不同，它不會釋放或吸收光線，也不會與其他物質相互作用，除非透過重力。我們知道它應該在哪裡，但當我們觀察時卻什麼都沒有。這就像看到池塘裡的漣漪，卻看不到是什麼造成的。

與此同時，另一些東西正在推動宇宙以越來越快的速度膨脹。據我們所知，宇宙從138 億年前開始就一直在膨脹。天體之間的空間不斷增大，就好像空間本身被拉伸開來，就像氣球充氣時的表面一樣。科學家本以為這種膨脹的速度會隨著時間的推移而減慢，但他們卻發現了相反的情況。大約50 億年前，宇宙膨脹的速度開始加快。我們不知道是什麼導致了這種加速膨脹，但我們把它命名為暗能量。

來自暗物質的引力可以彎曲從遙遠星系發出的光線，導致它們的影像在到達我們的望遠鏡時出現扭曲。這種現像被稱為重力透鏡，它揭示了暗物質的存在，即使我們看不見它。資料來源：阿貢國家實驗室

據科學家所知，可見物質只佔宇宙的5%。暗物質和暗能量據信分別佔另外的27% 和68%。換句話說，我們所熟知的–可見物質–根本無法解釋宇宙絕大部分物質的性質。

那麼，科學家是如何試圖解開這個謎團的呢？什麼是暗物質和暗能量？為了找出答案，我們需要數據，而且是大量的數據。為了收集這些數據，科學家們建造了巨型望遠鏡和相機。其中包括外太空的哈伯太空望遠鏡和詹姆斯-韋伯太空望遠鏡；南極洲的南極望遠鏡；亞利桑那州的暗能量光譜儀；以及智利的暗能量勘測和即將建成的維拉-C-魯賓天文台。

宇宙主要由暗能量和暗物質組成。可見物質（我們所能看到的一切，包括恆星和行星）只佔宇宙的5%左右。科學家正在研究這未知的95% 的性質。圖片來源：阿貢國家實驗室

這些靈敏的儀器對天空進行勘測，以揭示星系在宇宙中的位置和移動。超級電腦幫助科學家對宇宙進行詳細模擬，並分析來自望遠鏡的數據。除了在天空中尋找答案，科學家們還在建造敏感的探測器，以直接在地球上尋找暗物質。

美國能源部阿貢國家實驗室的研究人員透過參與這些大型宇宙學調查、粒子物理實驗以及使用先進的計算和模擬，為暗物質和暗能量的研究做出了貢獻。這些測量和模擬的資訊幫助科學家繪製出暗物質存在的地圖，並提供了有關暗能量性質的線索。

隨著我們的望遠鏡、超級電腦和其他儀器越來越先進，我們發現越來越多的證據表明，我們遺漏了一些重大的東西，科學家們正在努力了解它可能是什麼。阿貢科學家們的工作正在讓世界離揭開這些宇宙之謎越來越近。

編譯自: ScitechDaily