暗能量和暗物质描述了尚未解决的引力现象的解决方案。

暗物质起源于我们努力解释观测到的星系和星系团的引力质量和发光质量之间的不匹配。一个物体的引力质量是通过测量其卫星轨道的速度和半径来确定的，就像我们可以通过测量太阳行星的速度和径向距离来测量太阳的质量一样。发光的质量是通过把所有的光加起来，然后根据我们对恒星如何发光的理解将这个数字转换成质量来确定的。这种质量与光的比较表明，发光物质的能量只占宇宙平均能量密度的不到1%。

当然，在我们的星系和其他我们看不到的星系中有更多的物质，但其他证据表明，宇宙中存在的正常物质总量有一个上限。我说的正常物质是指由原子构成的物质。最近，美国国家航空航天局威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)卫星对宇宙微波背景辐射产生的声波印记进行了精确测量，这些印记是大爆炸40万年后产生的。因为声音的传播取决于介质的性质——任何玩过氦气球的人都知道——WMAP观测到的声波模式是宇宙中氢和氦丰度的指示器。(所有其他元素都是由这些基本构建块构建的。)这些和其他的结果与理论预测的轻元素的原始丰度是一致的，这是发生在宇宙的前三分钟的核过程的结果——也被称为大爆炸核聚变。最后，人们提出了一个非常有力的论点，即宇宙中至多5%的质能密度，以及星团质量的20%，是以原子的形式存在的。

暗物质可能是什么?

许多物理学家和天文学家认为，暗物质可能是一种新的粒子，迄今为止，在粒子加速器实验或宇宙射线发现中都未能被发现。为了让一种新粒子表现得像暗物质一样，它必须很重(可能比中子还重)，并且与正常物质的相互作用很弱，这样它就不会轻易导致产生光的反应。典型的暗物质候选粒子是类似于中微子的东西，尽管所有已知的中微子类型都太轻太罕见，无法解释暗物质。

暗物质是如何影响宇宙的?

暗物质问题也可以看作是物质聚集的本质问题。暗物质必须是宇宙中最大结构的基本组成部分:星系和星系团。根据目前的理论，如果没有暗物质，宇宙将是一个非常不同的地方。暗物质不仅可以用来解释宇宙中遥远天体的行为，而且在我们的星系中也大量存在。据估计，我们的太阳系正穿过一片暗物质粒子的海洋，其密度大约为每立方米105个。我们可能希望能探测到穿过地球的暗物质的通量，甚至探测到暗物质的季节变化，这与一年中地球与绕银河系中心运行的暗物质流动的时间相对应。

另一方面，暗能量源于我们对观测到的宇宙加速膨胀的理解。简而言之，目前的理论无法解释这种加速度。一种推测的可能性是，这种加速是另一种被称为暗能量的新物质形式的结果，这种物质迄今尚未被发现。它之所以被称为“黑暗”，是因为它必须与常规物质有非常微弱的相互作用——就像暗物质一样——它被称为能量，因为我们能确定的少数几件事之一是，它贡献了宇宙总能量的近70%。如果我们能弄清楚它到底是什么，我们肯定会找到一个更有启发性的名字。

随着宇宙大爆炸宇宙学模型的建立，人们普遍认为，自137亿年前宇宙诞生以来，宇宙膨胀一直在减速。但是，两个独立的研究小组在1998年发现，这种扩张正在加速。如果你认为这种膨胀是整个宇宙最显著的特性，那么加速的发现是一个真正的突破。

加速度是通过测量宇宙在不同时间的相对大小来确定的。具体来说，天文学家测量了称为1a型超新星的恒星爆炸的红移光谱，以及它们之间的光度距离。所需的时间从一个超新星的光线到达我们的望远镜是编码在远处(的关系比距离=速度x时间稍微复杂,由于宇宙膨胀),而宇宙的大小的变化从爆炸观察延伸发射光的波长,以红移。对这些大小在一系列时间上的比较表明，宇宙正在以更快的速度增长。由于这一发现，测量方法得到了改进，其他对膨胀速率也很敏感的宇宙现象也被用来证实这些结果。(注意:膨胀速率和加速度不是分别用米每秒和米s2来测量的。相反，它们测量的是宇宙无量纲尺度的变化率及其二阶导数，所以单位是1/s和1/s2。)

爱因斯坦的广义相对论预言宇宙的加速是由宇宙中所有形式的物质和能量的平均能量密度和压力决定的。然而，没有一种已知的物质形式可以解释加速。因此，除了暗物质、原子、光等之外，肯定还有别的东西在起作用。一个主要的假设是，宇宙被一个均匀的量子零点能量海洋所填满，它会产生一种类似张力的负压，导致时空引力排斥自身。这个东西，有时被称为宇宙常数，最初是由爱因斯坦在另一种情况下介绍的(他后来称之为他最大的错误)，但那是另一个故事。

暗能量是如何影响今天的宇宙的？

它负责宇宙的加速。国际天文学家团队正在努力改进对这种加速的测量。关键在于对爱因斯坦最大错误(宇宙常数)的判断，对自然基本理论(量子引力和宇宙的量子状态)的可能洞察，以及宇宙的命运(一个大寒还是一个大撕裂?)

试图将暗物质和暗能量的解释结合起来是很诱人的，但是两者之间有很大的区别。暗物质相互吸引，暗能量相互推动。

也就是说，暗物质被用来解释大于预期的引力作用。相反，暗能量被用来解释弱于预期的，事实上是负的引力。此外，暗物质的影响在距离约为1000兆秒或更小的长度尺度上表现得很明显，而暗能量似乎只在距离约为1000兆秒或更大的尺度上有影响。