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暗物质和暗能量有什么区别?暗物质是能量还是物质

在宇宙中，我们所看到的并不就代表“所有” 。所以，我们的观测必须与理论紧密结合在一起：观测结果告诉我们那里有什么，而理论可以让我们将预期的与实际观测到的进行比较 。当两者一致时，说明我们已经很好地理解了发生了什么；如果两者不一致，那就意味着要么是我们的理论不太适合这种情况，要么是存在着我们的观察没有直接揭示的其他因素 。而宇宙中许多这种“不一致”都指向两种成分：暗物质和暗能量 。
它们是一枚硬币的两面吗？它们相互独立，还是互为一体？如果是独立的，它们会相互作用吗？如果是一体的，那我们如何区别它们？
一般来说，我们并不认为它们互为一体——但这不代表事实就是这样 。下面我们就来看看这个问题 。
用引力理论构建宇宙
对我们来说，宇宙中还有许多谜团，但在最大的尺度上，每个谜团的本质都与引力有关 。问题是，我们认为我们知道引力是什么，因为爱因斯坦的广义相对论通过了一个又一个的检验——无论我们抛出什么现象，这一反直觉的理论所预测的，都与我们所观测到的完美吻合 。
从太阳系中的恒星光到巨大的星系、类星体和星系团的引力透镜背景光，我们看到质量天体对光线的弯曲程度与爱因斯坦理论预测的完全一致；我们也看到引力波具有爱因斯坦理论预测的精确频率和振幅 。
爱因斯坦成功的例子还有很多，从引力红移到“兰斯-瑟林效应”，从双星黑洞的旋进到引力时间膨胀等 。我们对广义相对论所做的每一次检验，从地球上的实验到太阳系内的观测，再到数十亿光年之外的信号，都表明广义相对论在任何已知情况下都是正确的 。

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文章插图
当我们把这个引力理论应用到整个宇宙时，得到了一组揭示一个非常重要关系的方程 。这表明，如果我们知道宇宙由什么组成的，广义相对论就可以预测宇宙如何运行和发展 。我们可以用任何能想象得到的东西来建构我们的宇宙，这些东西包括普通物质、辐射、中微子等常规成分（这些成分由标准模型中的粒子组成），还有黑洞、引力波，甚至暗物质和暗能量等假想实体 。
宇宙不同能量的行为
这些不同的成分以不同的方式影响着宇宙，其中的原因很容易理解 。你所要做的就是想象很久以前的宇宙，那时它更小，更热，密度更大，也更均匀，然后想象它随着时间的推移而演化 。随着时间的推移，宇宙会膨胀，但是不同类型的能量会表现出不同的行为 。
【暗物质和暗能量有什么区别?暗物质是能量还是物质】例如，随着宇宙的膨胀，普通物质的分布越来越稀薄 。这是因为物质粒子的数量保持不变，但它所占的体积增加，因此它的密度下降 。然而，它也会受到引力吸引，这意味着空间密度略高于平均水平的区域会优先吸引周围的物质，而密度略低于平均水平的区域则倾向于把它们的物质让给周围的区域 。随着时间的推移，宇宙不仅会变得越来越稀薄，而且开始在小尺度上形成稠密的结构，然后再形成更大的结构 。
另一方面，辐射也会变得越来越稀，并且会随着宇宙的膨胀而失去能量 。这是因为光子的数量，就像质子、中子或电子的数量一样，也是固定的，所以随着体积的增加，数量密度会下降 。但是每一个光子的能量是由其波长定义的，它会随着宇宙的膨胀而减少：当两点之间的距离变长时，在宇宙中穿行的光子的波长会变长，从而失去能量 。
多出来的质量是谁的？
当我们观察宇宙中的星系、星系群和星系团，甚至是数十亿年前形成的巨大的宇宙网时，我们可以检验它们的内部属性，例如恒星、气体和其中的其他成分相对于中心在不同距离上变化的速度；检验它们的集群属性，例如我们是否可能在距任何给定星系一定距离处找到另一个星系；检验它们的质量有多大，通过它们引起的引力效应（比如透镜效应）进行推断；检验构成它们的正常物质，包括气体、尘埃、恒星、等离子体等，在哪里以及有多少 。
当我们这样做的时候，我们发现，所有正常的物质、辐射，以及宇宙中应该存在的所有其他标准模型粒子，根本不足以解释我们所观察到的现象 。从单个星系的旋转速度，到单个星系在星系团中的运动，到星系团的大规模类聚，再到宇宙的整体质量密度，每一种现象中都有太多的质量无法用正常物质来解释 。
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