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2月11日，美国国家自然科学基金会携美国激光干涉引力波观测站（LIGO）的专家宣布，从两个合并的黑洞首次直接探测到了引力波，继爱因斯坦广义相对论中光线的弯曲、水星近日点进动以及引力红移效应几个预言获证实后，引力波的存在也首次被探测并证实，为人类了解整个宇宙的起源和运行机制提供一扇窗口。

宇宙之大，浩瀚无垠，神秘莫测。在引力波被证实之后，还有更多揭秘宇宙的理论有待人类探索，如果我们能够尽可能多地了解宇宙的起源和组成，我们可能会揭开生命的起源，可能会发现其他的智慧生物，如果我们了解了宇宙的演化，我们还可能在一场终极浩劫中幸存下来。

目前，人类在这些方面已经证实了部分理论推论，还有更多假说需要发现和证实，如天文学家认为，组成恒星、行星、星系——还包括人类在内的一切生命——的物质，或者叫普通物质，只占宇宙总质量的不到5％。他们估计，另外25％可能是由尚未发现的粒子组成的暗物质。剩下的70％很可能是暗能量——让宇宙加速膨胀的力量。如果暗物质和暗能量被找到和证实，其意义也将是宇宙级的。除了暗物质和暗能量，与宇宙起源相关的黑洞，人类还知之甚少的白洞、虫洞、以及量子纠缠等都有待被探索。

爱因斯坦

世纪预言

均获证实

1915年，爱因斯坦整合了狭义相对论和牛顿万有引力定律于一体，合并为广义相对论。

爱因斯坦广义相对论提出了四个可以验证的实验，并在其后由天文学家和物理学家实现了验证。分别是引力红移，光线偏折、水星近日点进动和引力波。

引力场中的光线偏折

按照光的波动说，光在引力场中不应该有任何偏折，用牛顿万有引力定律计算得到太阳附近的光的偏折角是约0.87角秒（角度量度单位，1角秒=1/3600度）；而由广义相对论计算得到的偏折角是1.75角秒。

验证：1919年，一战刚结束，英国科学家爱丁顿领导的两支考察队，利用跨大西洋日全食的机会观测，得到的结果约为1.7角秒，而且刚好在相对论实验误差范围之内。

引力红移

广义相对论认为，引力势强的地方，固有时间的流逝速度慢，也就是说离天体越近，时间越慢。这样，天体表面原子发出的光周期变长，由于光速不变，相应的频率变小，就会向光谱中红光方向移动，称为引力红移。

验证：上世纪60年代初，物理学家在地球引力场中利用伽玛射线的无反冲共振吸收效应（穆斯堡尔效应）测量了光垂直传播产生的红移，结果与广义相对论预言一致。

水星近日点进动

由于行星不只受到太阳引力的作用，其他的行星也会对它施加作用，因此任何一个行星实际受到的力都不会与它到太阳距离的成严格的平方反比关系，其近日点是会进动的。

验证：天文观测记录了水星近日点（椭圆轨道短轴位置）每百年移动5600角秒，根据牛顿理论只能解释其中的5557角秒，剩余的43角秒无法解释。广义相对论的计算结果与平方反比的万有引力定律有所差异，这一差异刚好使水星的近日点每百年移动43角秒。

引力波

爱因斯坦将时空视为一种可以变形的介质，广义相对论认为，在非球对称的物质分布情况下，物质运动或物质体系的质量分布发生变化时，会产生引力波。宇宙中大质量天体剧烈运动扰动着周围的时空，扭曲时空的引力波也在这个过程中以光速向外传播出去。

验证：2015年9月，激光干涉引力波天文台的引力波信号探测器捕捉到两个黑洞合并的引力波，后经过科学家大量的讨论以及反复的计算和确认，证明了引力波探测的成功。

【宇宙的起源】

︻宇宙的组成︼

3.

暗物质

1.

【假说】

宇宙大爆炸论是现代宇宙起源学中最有影响的一种学说。它的主要观点是认为宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里，宇宙体系在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化，如同一次规模巨大的爆炸。

大爆炸

【假说】

科学家认为暗物质是一种比电子和光子还要小的物质，不带电荷，不与电子发生干扰，能够穿越电磁波和引力场，是宇宙的重要组成部分。暗物质的密度非常小，但是数量庞大，占了宇宙中26%的物质含量。

【研究成果】

20世纪30年代初，美国加州理工学院的天体物理学家兹威基第一个发现，宇宙中存在一种神秘而不可见的物质，把宇宙连成一片，这就是“暗物质”。到了20世纪70年代，多种天文观测，比如盘星系的旋转曲线、星系团X射线观测、引力透镜等都显示了暗物质的存在。但直到现在还没有确定的暗物质信号被探测到。

4.

暗能量

【假说】

宇宙学中，某些人猜想暗能量是指一种充溢空间的、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。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。

【研究成果】

约20年前，一项研究表明我们的宇宙正在膨胀，而膨胀的速率不是恒定或减慢，而是在加速。这项研究在2011年被授予了诺贝尔物理学奖。学者们认为暗能量的密度是一种宇宙常量，占到宇宙中70%的质能，且暗能量很有可能在消耗着暗物质，而这种吞噬可以作为宇宙加速膨胀的解释。

5.

白洞

【研究成果】

1922年美国天文学家埃德温·哈勃观测到“红移现象”，即远星系的颜色比近星系的要稍红些，他认为，光波变长是由于宇宙正在膨胀的结果。

1965年美国科学家发现宇宙微波背景中的黯淡光辉，认为这种辐射正是宇宙膨胀早期阶段残留下来的一种遗迹。随后科学家从宇宙学模型推测出宇宙早期核合成停止后的元素丰度，并与早期天体的元素丰度的观测进行对比，吻合得非常好。以上三个观点都支持了宇宙大爆炸说。

【假说】

白洞是一种性质正好与黑洞相反的特殊天体。白洞可以向外部区域提供物质和能量，但不能吸收外部区域的任何物质和辐射，因此白洞是一个只发射、不吸收的特殊天体，与黑洞正好相反。

【研究成果】

白洞目前还仅是一种理论模型，尚未被观测所证实。白洞理论主要可用来解释一些高能天体现象。当白洞内超密态物质向外喷射时，就会同它周围的物质发生猛烈的碰撞，从而释放出巨大能量。由此推断，有些X射线、宇宙线、射电爆发、射电双源等现象，可能与白洞的这种效应有关。

6.

虫洞

【假说】

虫洞又称时空洞，是宇宙中可能存在的连接两个不同时空的狭窄隧道。虫洞1930年由爱因斯坦及纳森·罗森在研究引力场方程时假设，认为透过虫洞可以做瞬时的空间转移或者做时间旅行。

【研究成果】

迄今为止，科学家们还没有观察到虫洞存在的证据。而的里雅斯特国际高等研究院课题组在2013年绘制了一份非常详细的银河系暗物质分布图，将其与最新研究得出的宇宙大爆炸模型结合后，发现银河系中不仅具备存在“虫洞”的条件，甚至整个银河系都可能是个巨大的“虫洞”。

2.

黑洞

7.

宇宙流体

【假说】

根据现有的一些理论框架，时空被认为是某种形式的超流体，这种物质状态，完全缺乏黏性，正由于没有摩擦力，它可以永无止境地流动而不会失去能量。

【研究成果】

2014年，意大利和德国科学家对这种设想中的流体的黏度性质进行研究，他们将引力与量子论相结合建立模型，发现这一流体黏度几乎为零。这种猜测性的设想主要由测算进行验证，科学家认为时空就像声音在空气中传播一样，它提供了一种介质，能让波和光子得以传播。

【假说】

黑洞是宇宙空间内存在的一种密度极大体积极小的天体。加拿大和美国一些研究人员认为我们可能生活在一个黑洞中，周围的时空被一种无形的空间所包围，这个黑洞外面则又是另一个黑洞，黑洞套黑洞，以此类推。

8.

上帝粒子

【假说】

希格斯玻色子是粒子物理学标准模型预言的一种自旋为零的玻色子。希格斯玻色子能够赋予其他粒子质量，按照目前的物理研究，宇宙不会坍缩，部分原因是在膨胀过程中产生了希格斯玻色子。

【研究成果】

20世纪60年代，物理学家们构造出了一个标准模型来解释世界，标准模型中有一种粒子通过相互作用而获得质量，即希格斯玻色子。2013年3月，欧洲核子研究组织表示率先探测到希格斯玻色子。目前科学家们通过制造粒子加速器产生该粒子，来更多了解宇宙的运作。

【研究成果】

1970年，美国的“自由”号人造卫星发现了与其他射线源不同的天鹅座X-1，位于天鹅座X-1上的是一个比太阳重30多倍的巨大蓝色星球，该星球被一个重约10个太阳的看不见的物体牵引着。天文学家一致认为这个物体就是黑洞，它就是人类发现的第一个黑洞。目前，黑洞的发现均通过计算而不是直接观测。

2015年3月，霍金对黑洞理论进行了修改，宣称黑洞实际上是“灰色的”。新“灰洞”理论称，物质和能量被黑洞困住一段时间后，又会被重新释放到宇宙中。

9.

外星文明

【假说】

随着人类对宇宙了解的深入，天体化学研究表明宇宙空间内的星际物质以及其他天体中含有大量的有机分子（生命的组成元素），由此人们推测在宇宙中、在银河系中存在着许许多多的外星文明。

【研究成果】

美国宇航局科学家认为，人类有望在未来10至20年内发现第一个地外生命，说得通俗一些就是外星生物。其证据是已在木星和土星的一些卫星上发现了水的迹象，有水就有可能有生命存在。美国宇航局还将在2020年发射新的火星探测器，对火星进行深入研究，寻找可能存在的火星生命遗迹。

︻宇宙的发展︼

10.

宇宙坍缩

【假说】

按照目前的物理模型，在恒星生存期的某一阶段，其内部温度将会降低，引力导致这颗恒星的物质收缩而挤压在一起，恒星内部物质的原子结构会遭到破坏，这个过程就是坍缩。坍缩后，一颗恒星会慢慢地变成黑洞。

【研究成果】

在过去100年里，从爱因斯坦到霍金的大多数科学家，一直都认为宇宙最后将停止膨胀，并由于星系重心吸引力作用向内部坍缩。坍缩被认为是一个解释宇宙如何灭亡的过程。而最新有研究表明，由于宇宙中的暗能量和希格斯玻色子，宇宙不会发生“大坍缩”，而是永远膨胀下去。

整理/记者康克兢制图/方磊