普朗克卫星揭秘宇宙中的暗物质与暗能量

 暗物质与暗能量是宇宙中最神秘的成分，暗物质假说认为宇宙中有一种不可见物质几乎只通过引力和其它物质相互作用；而暗能量则被认为是宇宙加速膨胀的幕后推手。这两种神秘成分加上一般的可见物质以及描述宇宙加速膨胀的哈伯常数，构成了目前的标准宇宙模型。

图：宇宙微波背景辐射。Credit: ESA/Planck Collaboration

普朗克卫星(Planck Satellite)是欧洲空间局(European Space Agency, ESA)在2000年发射的一颗卫星，项目一直持续到2013年。在这段时间内，普朗克卫星对宇宙的微波背景辐射进行了非常细致的观测。普朗克卫星的观测数据在2013和2015年分别有过一次发布。不过由于数据处理上面的一些不足和瑕疵，有部分结论还不够清晰。2018年7月17日，普朗克卫星进行了最后一次数据发布，对前两次发布的数据进行了修正和完善。这次的结果给出了对微波背景辐射的温度及偏振的详细分析，同时给出了通过测量微波背景辐射得到的哈勃常数。这些数据都非常契合现有的标准宇宙模型。因此，普朗克卫星通讯稿称其验证了一个“几乎完美的宇宙”。

为什么说“几乎完美”呢？因为这里面还有几个问题。一方面，虽然包括普朗克卫星在内的大量观测表明暗物质和暗能量是存在的，但是目前没有任何手段能直接测定它们到底是什么。在得到直接的证据之前，暗物质和暗能量只能停留在假说阶段。另一方面，普朗克卫星通过测定微波背景辐射得到的哈勃常数相当于较古老时期的宇宙膨胀系数，而它和哈勃空间望远镜(Hubble Space Telescope)测定的较近代的哈勃常数竟然不完全一致。这有可能说明宇宙的加速膨胀本身也在加速。而这个加速又是什么原因导致的呢？科学家尚无定论。可以说，暗物质，暗能量，以及变化的哈勃常数是现在“几乎完美的宇宙”模型上的三朵乌云。还记得开尔文勋爵在1900年曾声称“物理大厦已经落成”，但还有“两朵乌云笼罩”。正是那两朵乌云导致经典物理大厦轰然倒塌，被相对论以及量子力学取代。那么在一百年后的今天，“几乎完美的宇宙”模型上的三朵乌云又将带来怎样的变革，我们拭目以待。