假设宇宙是一家餐厅的主菜。令人惊讶的是，我们可以辨认出的盘子里的所有东西，可以说是——质子、草履虫、人类、行星、脉冲星，等等——加起来也只是一小撮欧芹。
对于像我们这样渺小的宇宙点缀来说，宇宙的大部分是看不见的，是一个被“暗”物质和“暗”能量主导的空盘子。这些现象的影响在太空中显而易见，但它们的真正本质却令人沮丧地逃避了我们所使用的每一种仪器。
暗物质
引力透镜（图片来源：NASA/ESA/Judy Schmidt）
NASA/ESA/Judy Schmidt
我们如何知道暗物质的存在？
如果不是因为大量的、看不见的质量提供的引力胶水，宇宙将分崩离析。考虑到所有我们看不见的普通物质——存在于系外行星、星系气体云和黑洞中，它们都不会发光——仍然不足以弥补其中的差距。
星系团巨大的引力扭曲了来自更遥远天体的光线，就像一个宇宙放大镜。这种引力透镜效应太强了，不是普通物质能引起的。
气体丝（右侧为橙色）连接着分散的星系团。只有当由暗物质（蓝色）的潜在聚集体来解释时，这个巨大的宇宙网才在结构上说得通。
普通物质也无法解释宇宙大爆炸遗迹余晖中的温度波动。这被称为宇宙微波背景（CMB），它在天空中随处可见，以微波的形式呈现。
宇宙结构（图片来源：ESO/Illustris Collaboration）
ESO/Illustris Collaboration
暗物质可能是什么？
很可能是一种难以捉摸的亚原子粒子（或粒子），其数量是普通物质粒子的5倍。目前有两种主要的候选者：
WIMPs
弱相互作用大质量粒子的可爱缩写，比原子核中熟悉的质子和中子重得多。WIMPs 会通过引力和所谓的弱相互作用“感受”物质，后者是原子发生放射性衰变的原因。
Axions
一举两得？物理学家最初提出轴子是为了解释为什么中子在电场中不会旋转。该粒子的相关特性——极低的质量，对物质漠不关心，并且数量极其庞大——也恰好符合暗物质的许多特征。
CMB（图片来源：ESA/The Planck Collaboration）
ESA/The Planck Collaboration
我们如何寻找暗物质？
通常，暗物质会若无其事地穿过地球，但在极少数情况下，它可能会与普通物质相互作用；关键在于何时能够检测到。SuperCDMS 和 LUX-ZEPLIN 等实验分别使用锗金属晶体和液态氙作为暗物质探测器。到2020年，这些实验将在深埋的地底矿井中运行，以屏蔽撞击我们地球表面的宇宙射线。
轴子暗物质实验（Axion Dark Matter eXperiment）最初在劳伦斯·利弗莫尔国家实验室启动，后来移至华盛顿大学，该实验正在寻找轴子被强磁场捕获时留下的微弱信号——功率只有万亿分之一万亿瓦。望远镜也在搜寻太空中可疑的伽马射线，以防暗物质发生粒子意义上的自毁。
暗能量
研究宇宙大爆炸遗迹辐射（宇宙微波背景）的空间望远镜发现，宇宙几乎是完美的平坦的。这意味着光在没有遇到质量的情况下会沿直线传播。科学家表示，这只有在一个充满某种暗能量的宇宙中才说得通。
我们如何知道暗能量的存在？
暗能量也能解释为什么我们宇宙的膨胀正在加速。尽管我们已经知道了大约一个世纪，星系正在远离我们，但科学家们长期以来推测，物质的引力效应最终会减缓宇宙膨胀——甚至可能逆转它，最终导致所谓的“大挤压”。
然而，在1998年，震惊的 천문학家们发现了相反的情况。一种特殊的爆炸星，称为超新星，在遥远的过去比预期更暗，这表明宇宙正在以越来越快的速度膨胀，并且这种膨胀已经持续了其138亿年寿命的近一半。以目前宇宙膨胀的速度，100亿年后星系之间的距离将翻倍。
(图片来源：Roen Kelly/Discover)
罗恩·凯利/发现
暗能量可能是什么？
许多天体物理学家认为，暗能量是真空空间固有的，因为它几乎无处不在，构成了宇宙的大部分。毕竟，那里的空虚之地多的是。
我们如何寻找暗能量？
大规模的巡天观测，测量宇宙历史中数十亿星系的分布，可以为揭示暗能量的演化及其神秘特性提供线索。关键任务包括美国宇航局的广域红外巡天望远镜（WFIRST）和欧洲空间局的欧几里得空间望远镜，以及将于2020年代在智利启用的地面大型综合巡天望远镜（LSST）。
免责声明
(来源：NASA)
美国宇航局
暗物质和暗能量会不会是错误的？
是的，很有可能。也有可能暗物质和暗能量都不存在。当然，这将需要对阿尔伯特·爱因斯坦经过极其严格检验的理论进行重大调整：引力在宏观的宇宙尺度上必须以某种方式不同地运作。但不要排除当前关于宇宙的观念完全错误的可能。许多科学家坦承，他们对暗宇宙确实——呃——一无所知。
