太空是由什么构成的？

“太空很大。真的大了。你简直不会相信它有多大，大得令人难以置信。我的意思是，你可能认为通往化学家的路很长，但这与太空相比只是微不足道的。”

道格拉斯·亚当斯是对的。不仅太空很大，我们还不知道它是由什么组成的。

天文学家已经计算出，我们的宇宙中只有大约5%是由重子组成的。重子是构成原子的粒子，原子又构成分子，分子又构成我们看到、触摸到、闻到和尝到的一切。

大约20%是暗物质——一种只通过引力与我们的宇宙相互作用的神秘物质——其余的高达75%是暗能量，一种渗透到一切事物的宇宙场。

这可能听起来像是科幻小说里的东西，但它是对我们宇宙大尺度特征的最好解释。

暗能量

重子和暗物质由于它们的引力而倾向于聚集在一起，而暗能量则把一切都推得更远。这使得我们的宇宙不仅在膨胀，而且在膨胀中加速。

我们利用普朗克望远镜绘制宇宙大爆炸遗留下来的宇宙背景辐射图，估算出了宇宙的加速度。普朗克任务上个月公布的最终数据重申，暗物质和暗能量一定存在，即使我们不知道它们是什么。

在几千亿年后，除了离我们最近的星系外，所有的东西都将远离我们：无论未来人类的旅行速度有多快，我们都永远无法到达其他任何地方。

最近的一项研究推测，如果一个外星文明发展到需要整个星系作为能源的地步，它可能不得不离开自己的星系，“开采”其他星系的恒星，在宇宙膨胀到无法触及的地步之前，重新配置宇宙本身。

牵强的吗？如果你足够先进，担心星星会消失，也许这只是最好的应急计划。

撇开外星人和暗能量不谈，确实有很多空间——我们知道宇宙至少有300亿光年的跨度，甚至可能是无限的。

这个空间里有什么？主要是，什么都没有。但是几乎所有的东西都是氢。

氢气：主要是热空气？

氢是最轻的元素——它只有一个电子和一个质子，彼此绕轨道运行。

氢无处不在，从形成新恒星的炽热而致密的恒星群体，到星系之间寒冷而脆弱的空隙。

它是宇宙中最丰富的元素，占所有原子的75%。

但大多数漂浮在太空中的氢原子分布得非常分散，天文学家基本上看不见它们。那么我们怎么知道它们是否存在呢？

嗯，这取决于氢的类型：离子，原子还是分子。

当附近一颗炽热明亮的恒星将氢原子分裂（或电离）成质子和电子时，离子氢就形成了。

原子氢是在宇宙的某些地方产生的，这些地方足够冷，可以让质子和电子重新结合。

分子氢（H2），与我们在地球上发现的形式相同，是在巨大的云中形成的，在那里氢变得足够密集，以至于两对原子粘在一起。

我们有时也会在这些云层中发现其他分子，从简单的一氧化碳到更复杂的乙醇——没错，天文学家正在太空中寻找啤酒。

氢原子和分子氢相对容易被发现，因为它们吸收和发射特定波长的光，给每一个独特的特征，天文学家可以测量。

电离氢几乎是完全看不见的，除了一个惊人的特征：它使物体闪烁。

当你仰望夜空时，你可能会看到星星，也可能会看到一些行星。行星的独特之处在于它们不闪烁，而所有的恒星都闪烁。这是因为恒星非常遥远，它们发出的所有光都沿着一条非常细的光束向我们传播。

细细的光束在穿过我们不断移动的大气层时发生了扭曲，使光线在不同时刻看起来更亮或更暗。行星离地球很近，它们的光束太大，不能像恒星那样“闪烁”。

数万年来，澳大利亚土著人一直用星星的闪烁来预测天气。

同样的事情也发生在产生无线电波的星系中。这些波被电离氢的电子散射，就像我们的大气层散射来自恒星的光一样。

遥远的星系似乎在闪烁，这种闪烁告诉天文学家，太空不是空的，而是充满了令人难以置信的漫射电离氢。

空间是破碎的，我称之为量子力学

那么氢原子之间的空间呢？真空是由什么构成的？有没有一个最小的刻度？空间本质上是平滑的，具有无限的分辨率，还是由一些非常非常非常小的元素组成？

这就是事情变得奇怪的地方。

在最小的尺度上，宇宙似乎有一个最小的“分辨率”，称为“普朗克长度”，以物理学家马克斯·普朗克的名字命名。

在这些尺度上，宇宙似乎是一种奇怪的量子泡沫，“虚拟”粒子不断出现和消失，遵循量子力学定律。

尽管这听起来有多么违反常识，但我们实际上可以在实验室中测量量子力学的影响，例如通过卡西米尔效应。

如果你在真空中放置两个相距仅纳米的薄平板，经典物理学会告诉你它们之间的空间是空的。

但是量子物理学所预测的虚粒子海洋受到板块边界的影响：在这个小的受限空间中产生的虚粒子比在板块外部产生的要少。

这使得板块被从外部反弹的大量虚拟粒子推到一起。尽管，对于所有其他的测量，无论是在板块之间还是在板块之外，那里什么都没有。

这种“真空能量”实际上可能是理解宇宙最大尺度暗能量的关键。

调和真空能量和暗能量是科学家们研究了几十年的问题，但没有取得多大成功。

弦理论认为，所有的物质和能量都可能由像普朗克长度那样小的细弦组成，这给一些物理学家带来了希望。

其他人并不相信，因为这个模型似乎没有预测任何可以实际测试的东西。

科学家们都同意的一件事是，太空非常复杂。