我们所能看到的物质，从原子、树木，岩石和我们，再到行星、恒星和星系，这些只占宇宙总量的不到5%。剩下的大头，包含大约25%的暗物质和70%的暗能量，两者都是不可见的。这令宇宙更加扑朔迷离，我们经历的一切，实际上只是现实的一小部分。

目前为止，没人能说得清楚暗物质和暗能量究竟是什么，关于暗物质和暗能量的理论仍然处于纸面上的计算公式。我们不知道它俩的物理性质，不过，我们能确定暗物质和暗能量确实存在，但这又是如何知道的呢？

暗物质是使星系得以存在的一种物质。当我们计算宇宙的构造模型时，我们发现没有足够多的可见物质，可见物质的引力不足以形成星系和复杂结构。如果没有足够的引力，恒星更有可能分散在各处，而不是形成星系，所以我们推导出宇宙空间中还存有其他东西，一种不发光或不反光的东西。这些看不见的东西统称为暗物质。

除了能够计算暗物质的存在，我们还能够标定它的位置。在暗物质高度集中的地方，通过这块区域的光线会因引力作用而发生弯曲。所以我们可以推断，在这块看似真空的区域，存在我们看不见的某种东西，它产生的引力弯曲了光线。

观测结果表明，暗物质不只是没有亮光的物质云，它还会发射出我们可以探测到的粒子。暗物质不是反物质，因为反物质在与正常物质接触时会发生湮灭，产生独特的伽马射线。暗物质也不是黑洞的主要成分，黑洞是将巨大质量压缩到一个点上，撕裂时空结构的同时，对周围环境产生强烈的影响。

基本上，我们对暗物质的了解，只能确定这三个基本特性。第一，看不见的地方的确有某种东西；第二，它具有质量，能产生引力；第三，宇宙中有很多暗物质。暗物质很可能是由一种复杂的外来粒子组成的。它不会与光和物质相互作用，我们只是还没发现这种粒子而已。有趣的是，科学家已经成功绘制出了宇宙南半球的暗物质地图，详情点击“暗物质地图”，获取更多知识。

相比于暗物质，暗能量显得越发神秘，我们无法探测它，无法测量它，也无法定位它。但我们确实可以很清楚地看到它的影响。1929年，美国天文学家埃德温·哈勃研究了遥远星系发出的光，其电磁光谱向红端移动。他还发现更暗、更遥远的星系显示出了更大程度的红移。而离我们较近的星系，红移现象就没有那么明显了。

星系红移现象，是由宇宙膨胀所导致，星系随着宇宙膨胀离我们越来越远，发出的光的波长被拉长而出现红移现象。最近的探测结果表明，宇宙不仅在膨胀，而且正在加速膨胀。在此之前，科学家认为引力会导致膨胀减速，甚至最终会引发宇宙坍缩。

在某种程度上，空间膨胀时不会改变它的属性，只是空间的体积变大了。宇宙不断扩张地盘，到处创造新的空间。星系是紧密结合的物质团，由于星系内部的引力作用，我们所处的星系感受不到这种膨胀效应，但它却在其他星系周围随处可见。宇宙膨胀，使每一秒都有更多的空间形成。

暗能量似乎是一种真空固有的能量，这种能量比我们所知的任何能量都要强大，而且随着时间的流逝，这种能量会越来越强。其中有一些关于暗能量的猜测。

一种观点认为暗能量是空间的一种固有属性。空间并不是虚无的，它有自己的能量，这种能量非常活跃，可以产生更多的空间。所以当宇宙膨胀时，可能只是产生了越来越多的空间进行扩张，新产生的这些空间又加入到宇宙拓展的过程中，导致了宇宙处于加速膨胀的状态。

这个想法很接近爱因斯坦在1917年提出的宇宙常数概念，宇宙常数就像π和光速一样，是宇宙的固有属性，用来对抗引力，防止因引力作用而出现空间坍缩。唯一的问题是，当我们试图计算这些能量的数量时，结果却是如此错误和奇怪，只会增加混乱。

另一种观点是，真空实际上充满了临时的、虚拟的粒子，它们自发地、持续地从虚无中形成，然后又消失得无影无踪。这些粒子产生的能量可能就是暗能量。也可以说暗能量是一种未知的动力能量，流体或场，它遍布整个宇宙。但不知何故，它一直在推动宇宙的膨胀。暗能量确实存在，我们却不知道如何才能探测到它。对于暗能量，仍然有很多谜题需要解答。

暗物质和暗能量是两个不同概念，但它们与宇宙的形成和演化密切相关。
暗物质是一种未被直接探测到的物质，它没有发光也不与其他物质相互作用，但其质量在宇宙中具有显著影响。科学家们认为，暗物质的质量是普通物质的五倍以上，它通过引力影响到银河系和宇宙中的星系间关系，影响着宇宙的演化。然而，我们目前对暗物质并没有全面的了解，科学家们正在经过不断的研究来更好地探究它的本质。
而暗能量则是宇宙中存在的一种强大的原动力。它是物理学上一种虚数场，能够抵消由于引力作用而产生的万有引力，导致宇宙膨胀加速。暗能量的存在始于1998年，当时一组科学家经过对太空中的爆炸的观测，发现它们的速度比预计得更快。之后对宇宙微波背景辐射的研究发现，宇宙的膨胀速度正在不断加速，暗能量也被猜测构成了宇宙中总能量的七成以上。
暗物质和暗能量虽然都像幽灵一样不可见，但它们都在宇宙中扮演了至关重要的角色，推动着宇宙的扩张。一些科学家甚至猜测暗物质和暗能量的结合使得宇宙得以保持稳定，但无论如何，科学家们仍在奋力探索着这些未知和有待发现的力量和物质，为了更好地了解宇宙的本质和永恒。

21世纪初科学最大的谜是暗物质和暗能量。它们的存在，向全世界年轻的科学家提出了挑战。 暗物质存在于人类已知的物质之外，人们目前知道它的存在，但不知道它是什么，它的构成也和人类已知的物质不同。在宇宙中，暗物质的能量是人类已知物质的能量的5倍以上。
暗能量更是奇怪，以人类已知的核反应为例，反应前后的物质有少量的质量差，这个差异转化成了巨大的能量。暗能量却可以使物质的质量全部消失，完全转化为能量。宇宙中的暗能量是已知物质能量的14倍以上。
宇宙之外可能有很多宇宙
围绕暗物质和暗能量，李政道阐述了他最近发表文章探讨的观点。他提出“天外有天”，指出“因为暗能量，我们的宇宙之外可能有很多的宇宙”，“我们的宇宙在加速地膨胀”且“核能也许可以和宇宙中的暗能量相变相连”。
暗物质是谁最先发现的呢？
1915年，爱因斯坦根据他的相对论得出推论：宇宙的形状取决于宇宙质量的多少。他认为，宇宙是有限封闭的。如果是这样，宇宙中物质的平均密度必须达到每立方厘米5×10的负30次方克。但是，迄今可观测到的宇宙的密度，却比这个值小100倍。也就是说，宇宙中的大多数物质“失踪”了，科学家将这种“失踪”的物质叫“暗物质”。
一些星体演化到一定阶段，温度降得很低，已经不能再输出任何可以观测的电磁信号，不可能被直接观测到，这样的星体就会表现为暗物质。这类暗物质可以称为重子物质的暗物质。
还有另一类暗物质，它的构成成分是一些带中性的有静止质量的稳定粒子。这类粒子组成的星体或星际物质，不会放出或吸收电磁信号。这类暗物质可以称为非重子物质的暗物质。
Abell 2390星系团(上半图)和MS2137.3-2353星系团(下半图)，距离我们约有20亿光年远。上图右半方的影像，是哈勃太空望远镜所拍摄的假色照片，而相对应的左半方影像，是由钱卓拉X射线观测站所拍摄的X射线影像。虽然哈勃望远镜的影像中，可以看到数量众多的星系，但在X射线影像里，这些星系的踪影却无处可寻，只见到一团温度有数百万度，而且会辐射出X射线的炽热星系团云气。除了表面上的差异外，这些观测其实还含有更重大的谜团呢。因为右方影像中星系的总质量加上左方云气的质量，它们所产生的重力，并不足以让这团炽热云气乖乖地留在星系团之内。事实上再怎么细算，这些质量只有“必要质量”的百分之十三而已！在右方哈伯望远镜的深场影像里，重力透镜效应影像也指出造成这些幻像所需要的质量，大于哈勃望远镜和钱卓拉观测站所直接看到的。天文学家认为，星系团内大部分的物质，是连这些灵敏的太空望远镜也看不到的“ 暗物质”。
1930年初，瑞士天文学家兹威基发表了一个惊人结果：在星系团中，看得见的星系只占总质量的1/300以下，而99%以上的质量是看不见的。不过，兹威基的结果许多人并不相信。直到1978年才出现第一个令人信服的证据，这就是测量物体围绕星系转动的速度。我们知道，根据人造卫星运行的速度和高度，就可以测出地球的总质量。根据地球绕太阳运行的速度和地球与太阳的距离，就可以测出太阳的总质量。同理，根据物体（星体或气团）围绕星系运行的速度和该物体距星系中心的距离，就可以估算出星系范围内的总质量。这样计算的结果发现，星系的总质量远大于星系中可见星体的质量总和。结论似乎只能是：星系里必有看不见的暗物质。那么，暗物质有多少呢？根据推算，暗物质占宇宙物质总量的20—30%才合适。
天文学的观测表明，宇宙中有大量的暗物质，特别是存在大量的非重子物质的暗物质。据天文学观测估计，宇宙的总质量中，重子物质约占2%，也就是说，宇宙中可观测到的各种星际物质、星体、恒星、星团、星云、类星体、星系等的总和只占宇宙总质量的2%，98%的物质还没有被直接观测到。在宇宙中非重子物质的暗物质当中，冷暗物质约占70%，热暗物质约占30%。
标准模型给出的62种粒子中，能够稳定地独立存在的粒子只有12种，它们是电子、正电子、质子、反质子、光子、3种中微子、3种反中微子和引力子。这12种稳定粒子中，电子、正电子、质子、反质子是带电的，不能是暗物质粒子，光子和引力子的静止质量是零，也不能是暗物质粒子。因此，在标准模型给出的62种粒子中，有可能是暗物质粒子的只有3种中微子和3种反中微子。
20世纪80年代初期，美国天文学家艾伦森发现，距我们30万光年的天龙座矮星系中，许多碳星(巨大的红星)周围存在着稳定的暗物质，即这些暗物质受到严格的束缚。高能热粒子和能量适中的暖粒子是难以束缚住的，它们会到处乱窜，只有运行很慢的“冷粒子”才能束缚住。物理学家认为那是“轴子”，它是一种非常稳定的冷“微子，质量只有电子质量的数百万分之一。这就是暗物质的轴子模型。
轴子模型是否成立，最终得由实验裁决。最近，还有人提出，暗物质可能是一种称做“宇宙弦”的弦状物质，它产生于大爆炸后的一秒期间内，直径为1万亿亿亿分之一厘米，质量密度大得惊人，每寸长约1亿亿吨。这种理论是否成立，同样有待科学家进一步研究。
为探索暗物质的秘密，世界各国的粒子物理学家正在这个领域努力工作，相信揭开暗物质神秘面纱的那一天不会太遥远了。