神秘的宇宙组成

根据天文学家的研究，可见物质只占宇宙总质量的约5%，而暗物质和暗能量分别占约27%和68%。这意味着，宇宙绝大部分是由人类无法直接感知的物质和能量组成。

20世纪初，暗物质的概念首次被提出，天文学家在观测遥远的星系时，发现一个令人困惑的现象：根据已知的物理定律，星系边缘的恒星因为距离中心较远，旋转速度应该较慢。

但是，实际观测显示，这些恒星的旋转速度远超预期，好像有一种看不见的力量维持着它们的快速旋转。这种力量，来自于一种人类无法直接观测到的物质，即暗物质。

暗物质不同于人类日常所看到的物质，它不发光、不反射光，甚至不与电磁力相互作用，因此无法直接通过电磁波，如可见光、红外线等来探测。

暗物质的存在和性质只能通过引力效应间接推断：比如，暗物质在星系中的分布影响了星系的旋转方式；大尺度上，暗物质通过引力作用影响着星系团的形成和演化。

宇宙的加速膨胀

20世纪之前，天文学家普遍认为，宇宙膨胀应当由于物质之间的引力作用而逐渐减速。但20世纪90年代，天文学家通过观测遥远超新星的光度和红移发现，宇宙并不是以减速的方式膨胀，而是在加速膨胀。

这个发现挑战了之前的宇宙学理论，为了解释这种现象，科学家们提出了一个全新的概念：暗能量，一种充满宇宙空间的神秘力量，对物质作用的是一种排斥力，而非吸引力。

这种能量以一种完全违反直觉的方式作用于宇宙，推动着宇宙向外扩张，而且这种扩张的速度还在不断加快。

一个通俗的比喻：如果宇宙是一个正在膨胀的气球，暗物质就像是气球内部的胶水，将宇宙的各个部分粘合在一起；而暗能量则像是不断向气球内部吹气的力量，使气球膨胀得更快。

暗能量不同于人类熟悉的任何一种能量形式，它不发光也不反射光，不能通过直接的观测来发现，仅能通过观测宇宙的膨胀速度、大尺度结构的形成和演化来间接理解它的性质。

暗物质的候选者

暗物质至今仍充满谜团，科学家们提出了几种可能性，其中，最有前景的候选者是大质量弱相互作用粒子和轴子。

大质量弱相互作用粒子，简称WIMP，是一种停留在理论阶段的粒子，理论预言这种粒子应该有两个特点：第一，粒子只通过弱核力和引力产生相互作用，或者粒子的相互作用截面小于弱核力作用截面；第二，与普通粒子相比质量较大。

由于它们不参与电磁力作用，因此无法被直接探测到；由于它们不参与强核力作用，基本上与普通物质不发生相互作用；由于它们质量较大，运动速度相对缓慢，能够成团聚集。

WIMP是暗物质研究中最受关注的候选者之一，许多地下实验室和空间探测器正在尝试捕捉到这些遁形的粒子。

轴子，英文：axion，是一种假想的亚原子粒子，理论预测轴子的质量极微小，只有电子的五千亿分之一到五千万分之一，电荷和自旋都为零，大量存在时，可能构成了宇宙中的暗物质。

与WIMP不同，轴子的探测侧重于它与电磁场的相互作用，科学家们设计了一系列精密的实验设备，试图通过这种相互作用来间接探测轴子。

暗能量的谜团

目前，关于暗能量主要有两种假设。一种是将暗能量视为“宇宙常数”，也就是爱因斯坦在广义相对论方程中引入的一个常数项，代表空间自身具有的能量密度。这种解释认为：暗能量是一种固有的、均匀分布在宇宙空间中的能量场。

另一种假设为，暗能量是一种动态变化的场，称为“夸克场”或“暗能量场”，强度随时间和空间的变化而变化。这种模型，与宇宙常数不同，暗能量的密度可以随宇宙的膨胀而发生变化，提供了一种更为动态的解释框架。

暗物质和暗能量的研究是对宇宙结构和演化的探索，还触及到物理学的基本原理，挑战着人类对空间、时间、物质和能量本质的理解。