【菜科解读】

#暗物质与暗能量的本质又是什么?#

神秘的宇宙组成

根据天文学家的研究，可见物质只占宇宙总质量的约5%，而暗物质和暗能量分别占约27%和68%。

这意味着，宇宙绝大部分是由人类无法直接感知的物质和能量组成。

20世纪初，暗物质的概念首次被提出，天文学家在观测遥远的星系时，发现一个令人困惑的现象：根据已知的物理定律，星系边缘的恒星因为距离中心较远，旋转速度应该较慢。

但是，实际观测显示，这些恒星的旋转速度远超预期，好像有一种看不见的力量维持着它们的快速旋转。

这种力量，来自于一种人类无法直接观测到的物质，即暗物质。

暗物质不同于人类日常所看到的物质，它不发光、不反射光，甚至不与电磁力相互作用，因此无法直接通过电磁波，如可见光、红外线等来探测。

暗物质的存在和性质只能通过引力效应间接推断：比如，暗物质在星系中的分布影响了星系的旋转方式；

大尺度上，暗物质通过引力作用影响着星系团的形成和演化。

宇宙的加速膨胀

20世纪之前，天文学家普遍认为，宇宙膨胀应当由于物质之间的引力作用而逐渐减速。

但20世纪90年代，天文学家通过观测遥远超新星的光度和红移发现，宇宙并不是以减速的方式膨胀，而是在加速膨胀。

这个发现挑战了之前的宇宙学理论，为了解释这种现象，科学家们提出了一个全新的概念：暗能量，一种充满宇宙空间的神秘力量，对物质作用的是一种排斥力，而非吸引力。

这种能量以一种完全违反直觉的方式作用于宇宙，推动着宇宙向外扩张，而且这种扩张的速度还在不断加快。

一个通俗的比喻：如果宇宙是一个正在膨胀的气球，暗物质就像是气球内部的胶水，将宇宙的各个部分粘合在一起；

而暗能量则像是不断向气球内部吹气的力量，使气球膨胀得更快。

暗能量不同于人类熟悉的任何一种能量形式，它不发光也不反射光，不能通过直接的观测来发现，仅能通过观测宇宙的膨胀速度、大尺度结构的形成和演化来间接理解它的性质。

暗物质的候选者

暗物质至今仍充满谜团，科学家们提出了几种可能性，其中，最有前景的候选者是大质量弱相互作用粒子和轴子。

大质量弱相互作用粒子，简称WIMP，是一种停留在理论阶段的粒子，理论预言这种粒子应该有两个特点：第一，粒子只通过弱核力和引力产生相互作用，或者粒子的相互作用截面小于弱核力作用截面；

第二，与普通粒子相比质量较大。

由于它们不参与电磁力作用，因此无法被直接探测到；

由于它们不参与强核力作用，基本上与普通物质不发生相互作用；

由于它们质量较大，运动速度相对缓慢，能够成团聚集。

WIMP是暗物质研究中最受关注的候选者之一，许多地下实验室和空间探测器正在尝试捕捉到这些遁形的粒子。

轴子，英axion，是一种假想的亚原子粒子，理论预测轴子的质量极微小，只有电子的五千亿分之一到五千万分之一，电荷和自旋都为零，大量存在时，可能构成了宇宙中的暗物质。

与WIMP不同，轴子的探测侧重于它与电磁场的相互作用，科学家们设计了一系列精密的实验设备，试图通过这种相互作用来间接探测轴子。

暗能量的谜团

目前，关于暗能量主要有两种假设。

一种是将暗能量视为宇宙常数，也就是爱因斯坦在广义相对论方程中引入的一个常数项，代表空间自身具有的能量密度。

这种解释认为：暗能量是一种固有的、均匀分布在宇宙空间中的能量场。

另一种假设为，暗能量是一种动态变化的场，称为夸克场或暗能量场，强度随时间和空间的变化而变化。

这种模型，与宇宙常数不同，暗能量的密度可以随宇宙的膨胀而发生变化，提供了一种更为动态的解释框架。

暗物质和暗能量的研究是对宇宙结构和演化的探索，还触及到物理学的基本原理，挑战着人类对空间、时间、物质和能量本质的理解。

能量永恒守恒，读懂热力学第一定律

世间所有能量既不能凭空产生，也无法彻底消亡，只会在热能、机械能、电能等不同形态间相互转换，整体总量始终保持不变。

从日常起居到工业运转，乃至宇宙天体活动，一切热现象与能量变化，都遵循这条基本规律。

很早之前人们对热量认知存在误区，曾认为热是一种可以流动的特殊物质，只能单纯从高温物体转移到低温物体。

直到工业时代蒸汽机普及，摩擦生热、做功发热等现象不断出现，原有理论无法解释能量变化谜题。

多位科学家潜心试验研究，焦耳通过大量做功产热实验，确定了机械能与热量的换算关系，最终总结确立热力学第一定律，推翻陈旧观点，搭建起热力学研究的基础框架。

这条定律清晰界定出能量变化的逻辑。

一个物体的内能改变，来源只有两种途径，要么外界对它做功，要么发生热量传递。

做功可以让其他形式的能量转变为内能，热量则会在温差作用下自然流转，无论以哪种方式变化，整个系统的总能量都不会出现增减。

不存在无中生有的能量，也不会有彻底消失的能量，只是不断变换存在的模样。

生活里随处都能找到对应的实例。

冬天双手相互摩擦，手部运动的动能转化为热能，肌肤温度随之上升。

烧水煮饭时，燃料蕴含的化学能释放出来，转变为热量传递给水，水温慢慢升高。

电动车行驶途中，电能化作驱动车身前进的机械能，行驶颠簸、轮胎摩擦又会产生热能散失出去。

每一种变化，都是能量形态交替转换的过程。

依托定律原理，便能明白永动机永远无法制造成功。

幻想中不用补给能量，就能持续不停对外做功的机器，违背了能量守恒本质。

机器运转必然会损耗能量，一部分能量会以热量形式散发损耗，想要维持持续运转，就必须不间断补充新的能源，没有能量供给，机械最终都会停下运行。

放眼大自然，天地间的能量循环同样恪守规律。

太阳内部不断发生核反应，将物质能量转化为光与热，跨越空间抵达地球。

绿植吸收光能储存化学能，动物进食获取能量，风雨洋流依靠热能与势能推动形成循环。

整套生态运转体系，能量不停流转变换，整体数值始终稳定平衡。

现代工业生产更是离不开热力学第一定律。

火力发电将燃料化学能转为电能，空调制冷制热完成热量搬运，内燃机依靠能量转换驱动设备工作。

技术研发中，人们依据能量转化规律优化设备结构，减少不必要的热量损耗，提升能源利用效率，以此降低资源消耗。

看不见摸不着的能量，始终按照固定规则流转更替。

热力学第一定律道出了能量运动的真相，帮人类读懂自然变化原理，也凭借这一规律开发能源、制造器械，让自然能量切实服务于日常生产与生活。

看不见的无形能量 聊聊生活里无处不在的电磁辐射

从宇宙太空、自然环境，到手机家电、通讯基站，都会向外释放电磁辐射。

很多人谈辐射色变，担忧危害身体健康，其实电磁辐射分不同类型与强度，并非全都有害，分清类别、了解原理，就能理性看待这种普遍存在的自然现象。

自然界本身就源源不断产生电磁辐射，这是宇宙与生俱来的能量形态。

太阳时刻向外辐射光波与热能，抵达地球滋养万物生长，雷电爆发瞬间也会释放强烈电磁波动，山川大地、岩石土壤同样存在天然辐射。

这类天然电磁辐射存在数十亿年，地球生物一直与之共存，强度温和稳定，不会对人体造成伤害，也是生态循环里不可或缺的一部分。

人类步入电气时代后，人工电磁辐射开始大量出现。

只要用到电、具备信号传输功能的设备，运行期间都会产生辐射。

家里的电视、冰箱、微波炉、路由器，日常随身携带的手机、蓝牙耳机，出行用到的电动车，还有城市里林立的通讯基站、高压输电线路，都会向外散发电磁能量。

生活越便捷智能，身边人工辐射的分布就越密集。

大家不必过度恐慌，电磁辐射按照能量高低，划分成非电离辐射与电离辐射两大类二者对人体的影响天差地别。

日常家电、数码设备产生的都属于低能量非电离辐射，它只能产生热效应，无法破坏人体细胞分子结构，正常使用前提下，辐射数值远低于国家安全标准，不会损伤器官与基因。

真正具备危险性的是高能量电离辐射，这类辐射穿透力极强，能够击穿细胞、破坏 DNA 结构。

医院 CT 拍片、核工业设施、宇宙高能射线都属于这类范畴。

生活里普通人很少接触到大剂量电离辐射，医院检查单次辐射剂量可控，遵循医嘱检查就不会带来健康隐患。

日常使用电器的小习惯，也能轻松减少辐射接触。

接听电话尽量远离头部，通话时长不要过长；

微波炉工作时保持一段距离，不要紧贴舱体；

夜间睡觉远离手机、路由器等通电设备。

家电摆放尽量分散，不要扎堆集中放置，避免局部辐射叠加。

这些简单做法，就能进一步降低身体接收的辐射量。

网络上流传的防辐射服饰、屏蔽挂件大多噱头大于实际作用。

合格家电出厂前都会严格把控辐射指标，日常环境辐射本就处于安全区间，无需花费高价购置防护用品。

与其盲目防护，不如保持健康作息，减少长时间沉迷电子设备，既能降低辐射接触，也能保护视力与身心状态。

电磁辐射从来不是可怕的有害物质，而是客观存在的物理能量。

天然辐射孕育生命，人工辐射助力生活便利，只要把控好接触尺度，遵守设备使用规范，就能安心享受科技带来的便捷，不必对无形的电磁辐射心生畏惧。