宇宙不只包含我們眼睛看得到的東西，而是比這多得多。事實上，就宇宙的絕大部分而言，人是種怪異的存在，微不足道。構(gòu)成你以及你所關(guān)心的一切事物的普通材料只占宇宙不到10%的內(nèi)容；宇宙的其余部分則是由被稱為暗物質(zhì)和暗能量的神秘物質(zhì)構(gòu)成的，這是我們這個時代最偉大的宇宙奧秘之一。至于它們到底是什么，誰也說不準(zhǔn)。

這些讓人不舒服的東西中首先被注意到的是暗物質(zhì)。早在20世紀(jì)30年代，荷蘭天文學(xué)家揚·奧爾特就發(fā)現(xiàn)銀河系的一些恒星的運行有些反常。要解釋這種情形只有設(shè)想有些不可見的黑暗物質(zhì)占據(jù)了很大一部分空間。

瑞士天文學(xué)家弗里茨·茲威基后來觀察到，距地球3.2億光年的一個星系團中存在類似的反常情形。他發(fā)現(xiàn)各個星系彼此圍著旋轉(zhuǎn)的速度要比引力基于星系中恒星的聯(lián)合質(zhì)量所推論的速度大得多。這表明，要么星系包含著遠多于可見之物的物質(zhì)，要么牛頓的引力定律是錯誤的。茲威基選擇了前者，并認(rèn)為這多出來的物質(zhì)是大量看不見的氣體。

不知如何是好

20世紀(jì)70年代，天文學(xué)家們對幾個星系做了一次類似的觀測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些星系旋轉(zhuǎn)得如此之快，以至于應(yīng)該分崩離析。他們最初選擇了茲威基關(guān)于看不見的氣體的解釋，但遇到了麻煩。如果看不見的東西是由質(zhì)子、中子和電子組成的正常物質(zhì)，那我們關(guān)于恒星和星系如何形成的理解就必定是錯誤的：它們永遠不會足夠快地瓦解，以形成最初的恒星和星系。

因此，他們開始認(rèn)為有其他東西存在，這種神秘的物質(zhì)不吸收或發(fā)射光和其他電磁輻射，這就是我們看不到它的原因。但它與引力相互作用，因此我們可以看到它對普通物質(zhì)的影響。他們稱它為暗物質(zhì)。

宇宙學(xué)家們現(xiàn)在認(rèn)為，暗物質(zhì)是宇宙的一種重要成分，構(gòu)成了大約27%的宇宙。如果沒有暗物質(zhì)提供的額外引力，星系就不會足夠快地形成，進而形成我們今天觀測到的星系團和超星系團。

暗物質(zhì)主要集中在星系周圍的球形暈輪中。事實上，像我們銀河系這樣的螺旋星系，大部分質(zhì)量并不包含在恒星和行星中，而是包含在它們周圍看不見的物質(zhì)中。

弱相互作用重粒子

但令人沮喪的是，我們?nèi)匀徊恢腊滴镔|(zhì)是什么。根據(jù)我們最好的理論，它是由弱相互作用重粒子這種假想的粒子構(gòu)成的。如果這種說法正確，那么每秒鐘必定有數(shù)萬億個這樣的粒子穿過地球。許多實驗都試圖探測弱相互作用重粒子，或者在實驗室生產(chǎn)它們，但沒有一個獲得成功。

而且天文觀測越詳細，物體就變得越暗。有的時候，暗物質(zhì)似乎太多，比如繞銀河系運行的矮星系。它們旋轉(zhuǎn)得如此之快，必定充滿了暗物質(zhì)。但這與我們的星系形成理論告訴我們的正相反，后者說，星系中暗物質(zhì)的量應(yīng)當(dāng)與星系的大小大致成正比。

在其他時候，我們看到的暗物質(zhì)又太少。整個宇宙中小星系的數(shù)量大約是我們星系形成理論預(yù)測結(jié)果的十分之一到百分之一。還有一些星系似乎不包含任何暗物質(zhì)，盡管環(huán)繞它們的星團似乎承受著額外的引力。

引力問題

底線是，我們迫切需要知道暗物質(zhì)是由什么構(gòu)成的。如果它不存在，那么我們對引力的理解就是錯誤的。對于大多數(shù)天文學(xué)家來說，這都是不可想象的，他們繼續(xù)把希望寄托在暗物質(zhì)上，并通過觀測星系的移動和旋轉(zhuǎn)路徑來推測它的性質(zhì)。

如果說我們對約占宇宙27%的東西近乎一無所知聽起來不能令人滿意，那么，聽到我們對另外70%的東西絕對一無所知又該作何反應(yīng)？這正是宇宙學(xué)家們在1998年面對的艱難處境，那一年，一種古怪的反引力被發(fā)現(xiàn)，人們現(xiàn)在叫它“暗能量”。

這個發(fā)現(xiàn)始于一個測量宇宙膨脹率的常規(guī)實驗，隨著引力逐步對大爆炸產(chǎn)生遏制，宇宙的膨脹預(yù)計將會放緩。天文學(xué)家們正在尋找超新星，即正在爆發(fā)的恒星，它們發(fā)出的光將會確證這些細節(jié)。

超新星有一個不同的故事。事實證明，那些遙遠的超新星距離我們比天文學(xué)家們根據(jù)宇宙膨脹放緩這個假設(shè)所預(yù)期的要遠得多。天文學(xué)家們被一個不可避免的結(jié)論驚呆了：宇宙的膨脹沒有放緩，而是在加速。但為什么會這樣？

這已成為天體物理學(xué)中最令人頭疼的問題，我們對這個問題的研究并沒有什么進展。大多數(shù)物理學(xué)家都認(rèn)為，解決方案在于設(shè)想一種難以捉摸的力——暗能量。它潛伏在空間的空虛地帶，約占宇宙中物質(zhì)和能量的70%，導(dǎo)致宇宙以不斷增長的速度膨脹。

愛因斯坦的非凡錯誤

現(xiàn)代的暗能量概念被提出還不到20年，但阿爾伯特·愛因斯坦在1917年發(fā)明了一個非常相似的東西，作為其廣義相對論的一個附加項。他意識到，引力會導(dǎo)致宇宙向內(nèi)坍縮，于是他補充了一個修正因子——宇宙學(xué)常數(shù)，這是空虛空間所固有的一種神秘的反引力力量。后來他改變了主意，稱這是他一生中“最大的錯誤”。我們現(xiàn)在知道，他是超前于時代的。

這種暗能量究竟是什么？呃……我們不知道，但并不缺乏想法：它可能是空間自身的結(jié)構(gòu)所固有的一種能量，也可能是一種被稱為“第五元素”的以變化的速度擴張的奇異的場，還可能是一種不同形式的引力，在某些情況下排斥他者而不是吸引，甚至可能是一種幻覺。