在古代，列出宇宙的成分很簡單：土、空氣、火和水。 如今，科學家知道，對所有這些以及日常生活中熟悉的其他事物進行命名，會遺漏 95% 的宇宙內容。
從構成天文學家的原子，到望遠鏡的玻璃和鋼，再到上方恆星的熱等離子體——所有普通物質只佔宇宙質量和能量的不到 5%。 「我們周圍看到的所有可見世界只是冰山一角，」芝加哥大學和伊利諾伊州巴達維亞費米國家加速器實驗室的天體物理學家約書亞弗里曼說。
其餘部分，毫不誇張地說，是黑暗的。 宇宙的近四分之一的成分是尚未識別的物質，稱為暗物質。 剩下的 70% 左右是一種神秘的實體——被稱為暗能量——它遍布整個空間，以越來越快的速度將空間分開。
「暗」是個合適的形容詞，因為科學家對暗物質和暗能量的來源所知甚少。 但弄清楚暗物質將闡明是什麼將星系維繫在一起。 弄清楚暗能量可能有助於揭示宇宙的最終命運。
難怪科學家將暗物質和暗能量的身份視為當今最大的天文學謎題之一。
另一件事
暗物質於 1933 年首次亮相，當時瑞士天文學家弗里茨·茨威基 (Fritz Zwicky) 測量了後髮星系團中星系的速度，發現它們的移動速度與預期不同。 一些看不見的、大量的“暗物質，」他用德語提出，必須存在，對星團內的星系施加引力效應。
天文學家維拉·魯賓 (Vera Rubin) 和同事測量了圍繞數十個星系中心旋轉的恆星速度後，於 20 世紀 70 年代證實了暗物質的存在。 她發現，與直覺相反，星系外緣的恆星與較近的恆星移動得一樣快——就好像冥王星繞太陽運行的速度和水星一樣快。 魯賓的工作表明，每個星係都必須嵌入一些更大的引力支架中。
從那時起，其他證據都證實了暗物質的存在。 它與普通物質相似，因為它透過眾所周知的引力相互作用。 這就是它影響茲威基星系和魯賓星系的原因。 但科學家知道暗物質並不普通。 如果是這樣，它將影響早期宇宙中誕生的化學元素的比例，從而導致今天觀察到的此類元素的豐度下降。
暗物質粒子的主要候選者是被模糊命名的「弱相互作用大質量粒子」（WIMP）。 這些粒子將是「弱相互作用」的，因為它們很少影響普通物質，而「大粒子」是因為它們必須超過大多數已知粒子的質量，其重量可能高達質子質量的 1,000 倍。 但儘管數十年的實驗旨在發現弱相互作用粒子，但尚未明確檢測到弱相互作用粒子。
暗物質實驗的結果好壞參半：義大利的研究小組聲稱季節性地看到了WIMP 訊號，當地球進入銀河系暗物質碎片流時，撞擊探測器的WIMP 訊號增多，而當地球遠離時，撞擊探測器的WIMP信號就會減少。 但其他研究人員尚未能證實這些結果。 最近其他實驗的報告，包括埋在明尼蘇達州蘇丹礦場的實驗報告，暗示 WIMP 可能比理論學家預期的要輕，約為 10 個質子質量（SN：2010 年 8 月 28 日，第 14 頁 22 號）。
許多長期運行的實驗的靈敏度現在正在提高，以至於在不久的將來應該可以發現或排除 WIMP 和其他候選粒子。
神秘力量
事實證明，發現暗物質可能比理解暗能量更容易，暗能量的奧秘讓科學家感覺自己像個智力弱者。
1917 年，阿爾伯特愛因斯坦在修改他的新廣義相對論方程式時，不知不覺地將暗能量引入了舞台。 愛因斯坦想知道為什麼重力沒有讓宇宙本身收縮，就像氣球被吸出空氣一樣。 因此，他提出了一個“宇宙常數”，即太空真空中的固定能量，可以提供向外的推力來對抗重力的向內拉力。
然而，1929 年，埃德溫·哈伯透過報告遙遠的星係正在相互遠離而解決了愛因斯坦的問題。 哈伯表明，宇宙正在膨脹。 自從大爆炸誕生以來，它就一直向外膨脹。
愛因斯坦高興地放棄了他的宇宙學常數，但 1998 年天文學家表明它應該被回收而不是被丟棄。 那一年，兩個研究小組報告了他們對遙遠超新星的研究。 這些爆炸的恆星可以被校準為像標準燈泡一樣，以特定的亮度發光。 科學家報告說，許多遙遠的超新星比預期的要暗，甚至考慮到宇宙正在膨脹。 就好像有人很快就把燈泡移到了更遠的房間。 宇宙不僅在變大，而且還在加速變大。
一些有趣的事情正在發生，為宇宙帶來了令人厭惡的推動力。 因此，芝加哥大學的宇宙學家邁克爾·特納最初將這種物質稱為“有趣的能量”，然後才確定為“暗能量”。
十多年過去了，科學家們仍然沒有關於暗能量是什麼的具體線索（SN：2008 年 2 月 2 日，第 14 頁 74）。 理論家們已經盡最大努力來解釋它，提出了一些想法，包括當粒子突然出現和消失時產生的沸騰的“真空能量”，以及“精髓”——以亞里斯多德假設的第五元素命名－根據其位置或位置而改變其強度。
與此同時，觀察者們在過去十年裡一直在尋找從地面和太空探測暗能量的方法。 特別是，對許多遙遠星系的精確測量可以幫助確定暗能量的性質和分佈。 一台樂觀地稱為「暗能量巡天」的新相機將於今年秋天在智利托洛洛山美洲天文台首次亮相。 真正的光明——洞察黑暗——可能需要一些時間。
