什么是“暗物质”和“暗能量”？

1. 什么是“暗物质”和“暗能量”？

暗物质是天文学家卡普坦在1922年时提出的，宇宙中可能存在着一种看不见的物质。暗物质不和电磁波发生作用，也不反射光，所以不管用多厉害的望远镜通通观察不到。但是暗物质到底真的存在与否还有不少争议，需要我们继续去探索。

2. 暗物质与暗能量是什么关系?

暗物质和暗能量理论上来说没有关系。

暗物质是天文学家们观测到宇宙间河系（即银河系同一级别的星系）不正常聚集，这种聚集程度超过了这些河系的质量所能够造成的引力，为了确保万有引力的正确性，天文学家们臆测河系内存在一种无法与电磁波耦合（即无法被观测到）的物质，这种物质虽然无法与电磁波耦合，却有质量，所以有引力，导致了河系的不正常聚集。

但是，根据对银河系内天体运动进行观测，天文学家们发现，银河系内不存在暗物质或暗物质很少。即银河系内天体的运动没有被一种观测不到的物质引力影响。为了确保暗物质的存在，天文学家们设计出来了暗物质晕。
所谓的暗物质晕，是指暗物质以晕的形式，存在于河系周边。暗物质晕小心翼翼的不对河系内天体运动造成任何影响，却有效的对河系本身、其他河系造成影响。

暗能量，可以说除了名字中也有一个暗之外，与暗物质没有任何关系。

暗能量是在1998年被美国NASA的天文学家发明出来的。天文学家通过观测超新星，然后进行计算，发现宇宙的扩张速度超过了宇宙大爆炸理论速度。于是他们认为，有一种人类无法观测到，能够直接作用于空间的能量在推动宇宙扩张。因为这种能量无法被观测到，所以被命名为暗能量。

根据暗能量理论，暗能量会不断的扩张宇宙，直到200多亿年后，彻底撕裂宇宙，被称为大撕裂。

以上是暗物质、暗能量的来历。后面正式回答问题
1 暗物质绝对无法产生暗能量

2 理论上来说，所有有质量的物质，包括暗物质，都是由能量构成的，E=MC^2【能量等于物质乘以光速的平方】，也可以将这个公式反过来M=E/C^2【物质等于能量除以光速的平方】。
所以，只要人类能够拥有凐灭物质获得能量的技术，也能够通过凐灭暗物质获取能量-----前提是暗物质真的存在。

获取能量的方法，就质能方程来说，有几个级别
1 核裂变------通过让不稳定重元素裂变为另一种重元素，凐灭一小部分物质获取热量
【对质能方程利用率极低，该技术人类目前已经实现】

2 核聚变------通过让稳定的轻元素聚变称为另一种较重的元素，凐灭较多的物质获取热量
【对质能方程利用率较低，该技术人类目前仅仅部分掌握，能够制造氢弹但是无法利用该技术发电，估计100年内很难掌握。】

3 反物质------通过制造反物质，让同等质量反物质与正物质凐灭获取热量
【对质能方程利用率较高，但是制造、保存反物质成本昂贵，并不是质能方程中最廉价的手段。】

4 物质凐灭-----制造一个特殊的场，将任何物质投放进场中，该物质都可以被凐灭转化为热能。
【对质能方程利用率极高，成本低廉。最可能实现的手段是质子衰变。但是技术难度极高，估计5000年内没啥指望。】

3. 暗能量和暗物质有区别么？

什么是暗物质？暗物质(包括暗能量)被认为是宇宙研究中最具挑战性的课题，它代表了宇宙中90%以上的物质含量，而我们可以看到的物质只占宇宙总物质量的10%不到(约5％左右)。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。
　　几十年前，暗物质(dark matter)刚被提出来时仅仅是理论的产物，但是现在我们知道暗物质已经成为了宇宙的重要组成部分。暗物质的总质量是普通物质的6.3倍，在宇宙能量密度中占了1/4，同时更重要的是，暗物质主导了宇宙结构的形成。暗物质的本质现在还是个谜，但是如果假设它是一种弱相互作用亚原子粒子的话，那么由此形成的宇宙大尺度结构与观测相一致。不过，最近对星系以及亚星系结构的分析显示，这一假设和观测结果之间存在着差异，这同时为多种可能的暗物质理论提供了用武之地。通过对小尺度结构密度、分布、演化以及其环境的研究可以区分这些潜在的暗物质模型，为暗物质本性的研究带来新的曙光。 
　　大约65年前，第一次发现了暗物质存在的证据。当时，弗里兹·扎维奇发现，大型星系团中的星系具有极高的运动速度，除非星系团的质量是根据其中恒星数量计算所得到的值的100倍以上，否则星系团根本无法束缚住这些星系。之后几十年的观测分析证实了这一点。尽管对暗物质的性质仍然一无所知，但是到了80年代，占宇宙能量密度大约20%的暗物质以被广为接受了。 

补充： 
暗能量它是一种不可见的、能推动宇宙运动的能量，宇宙中所有的恒星和行星的运动皆是由暗能量来推动的。之所以暗能量具有如此大的力量，是因为它在宇宙的结构中约占73%，占绝对统治地位。暗能量是近年宇宙学研究的一个里程碑性的重大成果。支持暗能量的主要证据有两个。一是对遥远的超新星所进行的大量观测表明，宇宙在加速膨胀。按照爱因斯坦引力场方程，加速膨胀的现象推论出宇宙中存在着压强为负的"暗能量"。另一个证据来自于近年对微波背景辐射的研究精确地测量出宇宙中物质的总密度。我们知道所有的普通物质与暗物质加起来大约只占其1/3左右，所以仍有约2/3的短缺。这一短缺的物质称为暗能量，其基本特征是具有负压，在宇宙空间中几乎均匀分布或完全不结团。最近WMAP数据显示，暗能量在宇宙中占总物质的73％。值得注意的是，对于通常的能量（辐射）、重子和冷暗物质，压强都是非负的，所以必定存在着一种未知的负压物质主导今天的宇宙。
　　宇宙的运动都是旋涡型的，所以暗能量总是以一种旋涡运动的形式出现。所以，在暗能量的旋转范围内能形成一种旋涡场,我们称之为暗能量旋涡场，简称为旋涡场。我们用En来表示太阳系的暗能量，用Ep来表示物质绕太阳系中心运动的总动能。当En=Ep时，太阳系旋涡场处于平衡状态，它既不会膨胀也不会收缩。但当En衰退时，太阳系旋涡场就会收缩，太阳系中所有的行星就会向太阳靠近。
　　要提及暗能量，我们不得不先提及另外一个和它密切相关的概念——暗物质，之所以将其称之为暗物质而不是物质就是因为它与一般的普通物质有着根本性的区别。普通物质就是那些在一般情况下能用眼睛或借助工具看的见、摸得着的东西，小到原子、大到宇宙星体，近到身边的各种物体远到宇宙深处的各种星系。普通物质总是能与光或者部分波发生相互作用或者在一定的条件下自身就能发光、或者折射光线，从而被人们可以感知、看见、摸到或者借助仪器可以测量得到，但是暗物质恰恰相反，它根本不与光发生作用更不会发光，因为不发光又与光不发生任何作用，所以不会反射、折散或散射光即对各种波和光它们都是百分之百的透明体！所以在天文上用光的手段绝对看不到暗物质，不管是电磁波、无线电还是红外射线、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，故此为了区分普通物质和这种特殊的物质而将这种特殊的物质称之为“暗物质”。

4. 什么是暗物质和暗能量？

5. 什么是“暗物质”和“暗能量”？

到目前为止，物理学家和天文学家根据观测事实和理论推测，构建出各种各样的宇宙模型，其中最成功的是大爆炸宇宙模型，宇宙在加速膨胀也是公认的事实。而暗物质是基于现有引力理论的一种假想物质，暗能量是基于现有宇宙模型的一种假想能量。

暗物质和暗能量的存在能够解释一系列令人困扰的天文观测现象，也能在现有理论模型下能够很好地解释宇宙的演化和存在，可是还没有实验能够直接探测到暗物质和暗能量并为它们的存在进行决定性地描述。但是，很多新的观测现象都指向同一个事实：暗物质和暗能量是真实存在的。

一直以来，物理学对于物质本质的描述，朝着两个极限不断前进。一个是微观极限，现在已经深入到原子核内部；另外一个是宏观极限，现在已经扩展到整个宇宙。从微观上讲，标准模型能够解释到目前为止发现的大部分粒子，标准模型也是基于地球上的物质、对撞机产生的粒子以及宇宙射线而构建的；但是当人类将探索的触角伸向浩瀚无垠的宇宙的时候，发现了一些令人费解的现象。
20世纪30年代到70年代间，不少科学家在观测不同星系时发现引力质量比星系的光度质量大的多。自此，科学家指出宇宙间存在大量看不见的物质——如果只有可见物质参与引力相互作用，那么从星系中心到旋臂，随着半径的增大，旋转的速度会越来越低。根据天体物理的理论，这样会导致星系的不稳定。我们通过中学物理学过的引力圆周运动公式，也可以简单地得到这一结论。
但实际观测表明，稳定星系旋臂的转动速度随着半径增大，呈现出一个恒定速度，这样才会使星系保持稳定。而这个现象也说明，星系的大部分质量并不是集中在星系中心，而是有许多看不见的“暗物质”分布在整个星系，可见物质只是星系质量的一小部分。

我们知道，物理学发展至今，虽然理论物理已经可以完全独立发展，但理论正确与否，最终要经过可靠实验的检验，理论和实验相辅相成。暗物质的提出，虽然只是来源于科学家们的头脑风暴和数学计算，但是对于人类认识宇宙有着重要意义。至于理论最终会得到证实还是被推翻，还是要靠具体的实验探测来说话。

6. 暗物质和暗能量的区别是什么？

暗物质 Dark Matter
  什么是暗物质？暗物质(包括暗能量)被认为是宇宙研究中最具挑战性的课题，它代表了宇宙中90%以上的物质含量，而我们可以看到的物质只占宇宙总物质量的10%不到(约5％左右)。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。
  几十年前，暗物质(dark matter)刚被提出来时仅仅是理论的产物，但是现在我们知道暗物质已经成为了宇宙的重要组成部分。暗物质的总质量是普通物质的6.3倍，在宇宙能量密度中占了1/4，同时更重要的是，暗物质主导了宇宙结构的形成。暗物质的本质现在还是个谜，但是如果假设它是一种弱相互作用亚原子粒子的话，那么由此形成的宇宙大尺度结构与观测相一致。不过，最近对星系以及亚星系结构的分析显示，这一假设和观测结果之间存在着差异，这同时为多种可能的暗物质理论提供了用武之地。通过对小尺度结构密度、分布、演化以及其环境的研究可以区分这些潜在的暗物质模型，为暗物质本性的研究带来新的曙光。 
  大约65年前，第一次发现了暗物质存在的证据。当时，弗里兹·扎维奇发现，大型星系团中的星系具有极高的运动速度，除非星系团的质量是根据其中恒星数量计算所得到的值的100倍以上，否则星系团根本无法束缚住这些星系。之后几十年的观测分析证实了这一点。尽管对暗物质的性质仍然一无所知，但是到了80年代，占宇宙能量密度大约20%的暗物质以被广为接受了。 


暗能量
  宇宙学中，暗能量是某些人的猜想，指一种充溢空间的、具有负压强的能量。按照相对论，这种负压强在长距离类似于一种反引力。如今，这个猜想是解释宇宙加速膨胀和宇宙中失落物质等问题的一个最流行的方案。 
暗能量主要有两种模型：宇宙学常数（即一种均匀充满空间的常能量密度）和quintessence（即一个能量密度随时空变化的动力学场）。区分这两种可能需要对宇宙膨胀的高精度测量和对膨胀速度随时间变化更深入的理解。因为宇宙膨胀速度由宇宙学物态方程来描写，所以测量暗物质的物态方程是当今观测宇宙学的最主要问题之一。 
  暗能量它是一种不可见的、能推动宇宙运动的能量，宇宙中所有的恒星和行星的运动皆是由暗能量来推动的。之所以暗能量具有如此大的力量，是因为它在宇宙的结构中约占73%，占绝对统治地位。暗能量是近年宇宙学研究的一个里程碑性的重大成果。支持暗能量的主要证据有两个。一是对遥远的超新星所进行的大量观测表明，宇宙在加速膨胀。按照爱因斯坦引力场方程，加速膨胀的现象推论出宇宙中存在着压强为负的"暗能量"。另一个证据来自于近年对微波背景辐射的研究精确地测量出宇宙中物质的总密度。我们知道所有的普通物质与暗物质加起来大约只占其1/3左右，所以仍有约2/3的短缺。这一短缺的物质称为暗能量，其基本特征是具有负压，在宇宙空间中几乎均匀分布或完全不结团。最近WMAP数据显示，暗能量在宇宙中占总物质的73％。值得注意的是，对于通常的能量（辐射）、重子和冷暗物质，压强都是非负的，所以必定存在着一种未知的负压物质主导今天的宇宙。

7. 暗能量究竟是个什么东西，还有暗物质

【解答】暗物质是宇宙自诞生起形成的用肉眼基本观察不到，但确实存在的物质。暗物质中可能存在反物质，也就是阳电子。暗物质是构成宇宙的基本要素。
【名词解释】暗物质在宇宙学中又称为暗质，是指无法通过电磁波的观测进行研究，也就是不与电磁力产生作用的物质。
【研究历史】
大约65年前，第一次发现了暗物质存在的证据。当时，弗里兹·扎维奇发现，大型星系团中的星系
具有极高的运动速度，除非星系团的质量是根据其中恒星数量计算所得到的值的100倍以上，否则星系团根本无法束缚住这些星系。之后几十年的观测分析证实了这一点。尽管对暗物质的性质仍然一无所知，但是到了80年代，占宇宙能量密度大约20%的暗物质以被广为接受了。
在引入宇宙膨胀理论之后，许多宇宙学家相信我们的宇宙是平直的，而且宇宙总能量密度必定是等于临界值的（这一临界值用于区分宇宙是封闭的还是开放的）。与此同时，宇宙学家们也倾向于
一个简单的宇宙，其中能量密度都以物质的形式出现，包括4%的普通物质和96%的暗物质。但事实上，观测从来就没有与此相符合过。虽然在总物质密度的估计上存在着比较大的误差，但是这一误差还没有大到使物质的总量达到临界值，而且这一观测和理论模型之间的不一致也随着时间变得越来越尖锐。
当意识到没有足够的物质能来解释宇宙的结构及其特性时，暗能量出现了。暗能量和暗物质的唯一共同点是它们既不发光也不吸收光。从微观上讲，它们的组成是完全不同的。更重要的是，像普通的物质一样，暗物质是引力自吸引的，而且与普通物质成团并形成星系。而暗能量是引力自相斥的，并且在宇宙中几乎均匀的分布。所以，在统计星系的能量时会遗漏暗能量。因此，暗能量可以解释观测到的物质密度和由暴涨理论预言的临界密度之间70-80%的差异。之后，两个独立的天文学家小组通过对超新星的观测发现，宇宙正在加速膨胀。由此，暗能量占主导的宇宙模型成为了一个和谐的宇宙模型。最近威尔金森宇宙微波背景辐射各向异性探测器（Wilkinson Microwave Anisotrope Probe，WMAP）的观测也独立的证实了暗能量的存在，并且使它成为了标准模型的一部分。
暗能量同时也改变了我们对暗物质在宇宙中所起作用的认识。按照爱因斯坦的广义相对论，在一个仅含有物质的宇宙中，物质密度决定了宇宙的几何，以及宇宙的过去和未来。加上暗能量的话，情况就完全不同了。首先，总能量密度（物质能量密度与暗能量密度之和）决定着宇宙的几何特性。其次，宇宙已经从物质占主导的时期过渡到了暗能量占主导的时期。大约在“大爆炸”之后的几十亿年中暗物质占了总能量密度的主导地位，但是这已成为了过去。现在我们宇宙的未来将由暗能量的特性所决定，它目前正时宇宙加速膨胀，而且除非暗能量会随时间衰减或者改变状态，否则这种加速膨胀态势将持续下去。
不过，我们忽略了极为重要的一点，那就是正是暗物质促成了宇宙结构的形成，如果没有暗物质就不会形成星系、恒星和行星，也就更谈不上今天的人类了。宇宙尽管在极大的尺度上表现出均匀和各向同性，但是在小一些的尺度上则存在着恒星、星系、星系团、巨洞以及星系长城。而在大尺度上能过促使物质运动的力就只有引力了。但是均匀分布的物质不会产生引力，因此今天所有的宇宙结构必然源自于宇宙极早期物质分布的微小涨落，而这些涨落会在宇宙微波背景辐射（CMB）中留下痕迹。然而普通物质不可能通过其自身的涨落形成实质上的结构而又不在宇宙微波背景辐射中留下痕迹，因为那时普通物质还没有从辐射中脱耦出来。
另一方面，不与辐射耦合的暗物质，其微小的涨落在普通物质脱耦之前就放大了许多倍。在普通物质脱耦之后，已经成团的暗物质就开始吸引普通物质，进而形成了我们现在观测到的结构。因此这需要一个初始的涨落，但是它的振幅非常非常的小。这里需要的物质就是冷暗物质，由于它是无热运动的非相对论性粒子因此得名。
在开始阐述这一模型的有效性之前，必须先交待一下其中最后一件重要的事情。对于先前提到的小扰动（涨落），为了预言其在不同波长上的引力效应，小扰动谱必须具有特殊的形态。为此，最初的密度涨落应该是标度无关的。也就是说，如果我们把能量分布分解成一系列不同波长的正弦波之和，那么所有正弦波的振幅都应该是相同的。暴涨理论的成功之处就在于它提供了很好的动力学出发机制来形成这样一个标度无关的小扰动谱（其谱指数n=1）。WMAP的观测结果证实了这一预言，其观测到的结果为n=0.99±0.04。
但是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。现在已经知道了两种暗物质--中微子和黑洞。但是它们对暗物质总量的贡献是非常微小的，暗物质中的绝大部分现在还不清楚。这里我们将讨论暗物质可能的候选者，由其导致的结构形成，以及我们如何综合粒子探测器和天文观测来揭示暗物质的性质。

8. 什么是暗物质和暗能量

暗物质和暗能量起初分别是在两个理论中假设提出，目前暗物质的假设已经被证实确实存在，而关于暗能量的假设还未被证实。
 
暗物质的由来：
上世纪初，天文学家哈勃刚刚发现宇宙中存在不止银河系一个星系，而是很多个星系。随后有大量天文学家对星系的形成和演化开始了研究。天文学家们起初认为星系中心是由一个超大质量黑洞作为引力源，同时许多恒星之间的引力相互吸引，使其能够聚集成群形成星系。
 
但在后来的计算中天文学家们惊讶的发现，星系之间的天体并未产生足够的引力吸引彼此，它们本该四散飞离而不是聚集成群。当时天文学家们无法解释这一现象，直到有一个标新立异的科学家提出了一个假设，他认为宇宙之中还存在一种我们尚未发现的物质，这种物质可以像牢笼一样将恒星束缚在一定的空间内，在这个“狭小”的空间内，星系之间的天体才能依靠彼此的引力聚集成群。他把这种假设中的物质命名为“暗物质”。
 
随着高精密天文望远镜的发现，天文学家们最终通过观察暗物质对光的扭曲效应和对星系运行的更多影响方式正式了暗物质的存在。科学家们已经知道了暗物质是如何运作的，暗物质像胶水一样将宇宙的各个结构牢牢粘合在一起，它将星系、星系团与超新星团结合在一起，如果没有暗物质，整个宇宙的结构都会四分五裂。
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暗能量的由来：
上个世纪末期，天文学家们起初根据大爆炸理论认为，认为宇宙虽然在膨胀，但是由于物质之间存在引力，这种膨胀会不断减缓，但他们无法证实这一切，因为他们无法测出宇宙膨胀的速度。直到他们发现了1a型超新星。
 
1a型超新星，即白矮星由于吸收临近恒星的物质后质量增加，当自身质量达到太阳1.44倍后瞬间爆炸形成的超新星。因此所有1a型超新星的亮度都是一个固定值，这使得它们成为了测量宇宙距离的完美标尺。
 
根据惯性原理，宇宙膨胀的速度本应当保持不变的，因此在引力发挥了作用的情况下，那么天体之间相互远离的速度就会逐渐减慢。1a型超新星发出的光芒通常持续数月，科学家们在持续数个月观察超新星的位置变化后惊人的发现，宇宙膨胀的速度不仅没有减缓，反而还在加速。
 
科学家们同样无法解释这种现象，按照惯性原理，物体的运动速度和方向都不会变化。在这一基础上施加引力的话，天体之间远离的速度就应当不断减慢。而观测结果是它们的速度不仅没有减慢，更奇怪的是反而在加速。宇宙中应该没有外力，究竟什么效应让它们加速远离。
 
为此，一个天文学家同样提出了假设，他认为宇宙中存在一种我们至今还仍未发现的力量，与引力不同，这种力量会令整个空间由内而外产生反方向的斥力，让所有物体加速远离，导致宇宙加速膨胀，他们把这种假设存在的力量命名为“暗能量”。只有这种假设可以解释为什么宇宙会加速膨胀，但科学家们至今仍然无法找到暗能量存在的确凿证据，也不知道暗能量究竟为何物。所以这种假设的正确性仍然有待考量。随着科学技术的不断发展，我们会越来越接近我们想要的答案。