42 为什么说银河系转得过快了？

宇宙里面有什么？答案是物质和能量。宇宙里面很显然有各种各样的天体，行星、恒星、白矮星、红矮星、超新星、中子星、脉冲星，等等，这些都叫普通物质（ordinary matter），看得见、摸得着。除了物质还有能量，有电磁波形式的能量，运动的物质有动能，引力会产生引力势能，等等。但这些普通物质和能量只占宇宙质能总量的5%左右，剩下的95%物质和能量当中，有23%叫暗物质。

暗物质并非一种已经被证实存在的物质，它目前只是一种理论假设。为什么要做这样的假设呢？因为我们要解释一个问题，那就是银河系转速过快的问题。银河系会绕自己旋转，但是科学家估算了一下银河系里的物质可以给自身提供的引力，发现这个引力太小了，无法支撑银河系如此快的旋转速度，照理说银河系早就应该散架了。为了解释这个现象，科学家们发明了一个概念，假定有这样一种物质叫“暗物质”，它看不见、摸不着，唯一的作用就是提供引力，并且这种暗物质弥漫全空间，它们只在大尺度上体现出显著的引力作用。

除了暗物质以外，宇宙中72%的能量是暗能量。与暗物质的概念类似，暗能量并非一种已经被证实存在的能量，它目前只是一种理论假设。为什么要做这样的假设呢？因为我们要解释，为什么宇宙的膨胀规律是加速膨胀。根据哈勃的观测，他发现越是离我们远的天体，远离我们的速度越快。宇宙中天体的关系，就好比一个气球上的点，当你吹大一个气球的时候，气球表面点与点的距离也在变大，并且点之间的距离越远，它们的距离增大得越快。什么是宇宙的加速膨胀呢？这就好比你在加速地吹大一个气球，你越想让气球快速变大，就要吹得越卖力。换言之，你要对气球输入的能量就越多。

那问题来了，宇宙加速膨胀的能量从哪里来？天体之间的万有引力明明都是相互吸引的，它们应该是阻止宇宙向外膨胀的，但宇宙不仅在膨胀，还在加速膨胀，那就势必要有一个能量源给宇宙的加速膨胀提供能量。宇宙没有这个能量就不能膨胀了吗？如果我们认可能量守恒定律的话，这个使得宇宙加速膨胀的能量就必须存在，否则能量是不守恒的。根据能量守恒定律，能量不能凭空消失也不能凭空出现，在宇宙膨胀的过程中，天体与天体的距离在不断变大，这就意味着天体与天体之间的引力势能也在不断变大，那必须要有一个能量源来补充种种能量的增加。

于是，暗能量的概念就被发明了出来，暗能量被定义为驱动宇宙加速膨胀的能量。之所以叫暗能量，是因为我们目前没有探测到任何形式的暗能量，只是根据宇宙大尺度的加速膨胀行为，我们假定它必须存在。但在实验中，我们还没有获得任何具体的关于暗能量存在的证据，除了宇宙膨胀这一个效果以外，我们也不清楚暗能量有什么其他特性，所以我们用“暗”来形容这种能量。

像这样假设某种概念的存在，用来解释现象，之后再去求证它的存在，也是科学研究当中的一种常用方法。提出猜想、证实或者证伪猜想，在科学发展史上起到了至关重要的作用。当然，暗物质和暗能量的存在都没有被证实，但是围绕它们可能存在的性质所做出的物理学研究，已经十分丰富了。但宇宙加速膨胀和银河系转速过快的现象被新的理论进行解释，同时暗能量和暗物质的概念被抛弃，其可能性也不小。