本文参加百家号 #科学了不起# 系列征文赛。

人们常常很疑惑，我们看到的各种物资是由原子和分子组成，暗物质和暗能量是些什么呢？它们是存在于遥远的外太空吗？

其实，暗物质充斥在所有空间的边边角角，并不只是外太空中。

暗物质在我们周围就有很多，比我们所见的物质多出了4倍多，是普通可见物质的约5.5倍。也就是说，你如果看到一栋房子，在这栋房子周边很可能有这栋房子质量5倍多的暗物质存在。

暗物质和暗能量的发现已经有几十年历史了，人们发现了暗物质和暗能量存在，并不等于看到了或者“抓住了”这种东西，而是通过理论计算出来的。因为自从爱因斯坦广义相对论问世后，就成为人们研究宇宙的基本理论，其中的引力场方程成为指导宇宙天体研究的最基础理论。

爱因斯坦广义相对论是建立在对牛顿经典力学进行继承和修正基础上的。

根据牛顿万有引力定律，引力的大小是和物体质量成正比的，其表达式为：F=GMm/r^2

这里面，F表示引力大小值，G为引力常量，M和m为引力相互作用的大小物体质量，r为引力物体之间的距离。

爱因斯坦引力场论公式表述为：

从上述两个公式我们可以看出，关于引力理论中最重要的两个基础就是引力常量和物体质量，所不同的是牛顿的引力定律是建立在绝对时空基础上的，而相对论引力场论是建立在相对时空动态宇宙基础上的，影响时空的是速度和质量，光速是其最基本参数。

根据爱因斯坦场方程发现了宇宙的古怪。

爱因斯坦广义相对论引力场方程预言了时空弯曲、黑洞、引力波、引力透镜、天体运行演化等的存在，100年来，都一一得到观测证实。因此，这个理论成为现代物理学，包括宇宙学和标准宇宙模型的理论基础，得到了科学界广泛共识。

但根据爱因斯坦场论，科学家们在观测宇宙天体运动时，发现有两个严重不符的现象：

一是根据星系团可见物质的质量，与星系团的形状和运行速度完全不符，这些星系团如果要束缚住这些星系并以这样极高速度运行，质量就应该大出很多倍；二是发现宇宙膨胀现象，而且有不断继续加快的趋势，根据宇宙质量的估算，现有宇宙质量是不可能形成这种膨胀速度的，这其中必定有一个推动力。

是爱因斯坦的理论有问题，还是这个宇宙有隐藏的秘密？

经过几十年研究，科学家们认为爱因斯坦的理论没有错，而且这些古怪现象更证明了场方程的正确性，宇宙中存在一些人类看不见的东西，才导致了与理论的不符。根据爱因斯坦场方程，可以推导出我们看到的宇宙只是宇宙整体质量中很少一部分，而绝大部分是我们看不见的东西。

进一步研究发现，这些看不见的东西，其中一部分在维持着宇宙的形状和运行，另一部分在推动着宇宙膨胀。人们把维持宇宙结构状态并运行的物质叫做暗物质，而把推动宇宙膨胀的部分叫暗能量。

科学界对暗物质和暗能量有各种各样的测算，一般认为，可见物质只占宇宙总量的4~5%，而不可见的部分占比95%以上。现在比较多使用的是普朗克卫星侦测分析得出的一个比例，即普通物质只占宇宙总量的4.9%，暗物质占26.8%，暗能量占68.3%。

暗物质和暗能量的博弈，决定着宇宙的命运。

现在的理论认为，暗物质是主导引力自吸引的，与普通物质成团并形成星系。严格意义上说，没有暗物质，就不会形成星系、恒星和行星，也就谈不上有今天的地球生命和人类了。

现在的暗物质和暗能量已经成为标准宇宙模型的一部分，它们主导着我们这个宇宙的命运。一方面，暗物质主导则宇宙结构的形成和维系，另一方面暗能量主导宇宙膨胀依然在加速。

根据十几年来普朗克卫星和钱卓X射线天文台、引力透镜效应等方法测出的哈勃常数值，分别为67.8km/s·Mpc、77km/s·Mpc、82.4km/s·Mpc，简单平均值约为75.7km/s·Mpc。这就是说在距离我们百万秒差距（约326万光年）的地方，宇宙膨胀速率约为75.7km/s，可观测宇宙半径为465亿光年，整体叠加膨胀速率在107万km/s，约为光速的3.6倍。也就是说，宇宙膨胀以光速3.6倍速率在持续，且不断加速。

最终鹿死谁手，要看是暗物质的引力还是暗能量的张力最终胜利。从目前状态看，除非暗能量会随着时间衰减或改变，否则宇宙膨胀加速态势将无法停止，宇宙最终的命运将是撕裂或者灭寂。这是另一个话题，有兴趣的朋友可阅读时空通讯过去发表过的相关宇宙归宿文章或回答，这里就不展开说了。

暗物质和暗能量看不见摸不着，只可意会不可言传。

通过上述介绍，大家可能已经知道了，所谓暗物质是广泛存在于我们宇宙空间的一种看不见，摸不着的玩意，不是说我们附近就没有，遥远的外太空才有。

但是，科学界寻找暗物质暗能量的踪迹已经几十年了，依然没有弄清楚它们是啥妖魔鬼怪，人们在深达数千米的地层深处，在南极冰层下面安装精密仪器静静守候，发射各种探测器飞出大气层寻找它们的踪迹，迄今一无所获。

也就是说虽然人们上天入地，穷尽各种方法，都没有抓到一丁点这些神秘物质的痕迹。中国科学院还发射了一艘“悟空”号暗物质粒子探测卫星，想用“孙悟空”的火眼金睛捕捉到这个“小妖”，也曾发现一些特殊的高能粒子痕迹，但对确定暗物质是个啥还是一无所获。

有人认为，中微子和黑洞或者与暗物质有些联系，但即便这两种存在属于暗物质范畴，也仅占暗物质应该拥有量微不足道的一点点，真正绝大多数的暗物质到底是什么，迄今人类毫无头绪。所以，暗物质和暗能量迄今依然处于只可意会不可言传的状态。

暗物质暗能量为啥有这么强大的“隐身”能力呢？

这是因为暗物质除了参与引力作用，暗能量起到推动宇宙膨胀作用，基本上不与任何物质，包括电磁波发生交互作用。人类是依靠光，也就是电磁波来观测世界的，它们既然不与电磁波发生任何交互作用，凭着我们目前的能力，就没有办法让它们显形。

暗物质和暗能量根本不能以组成我们物质的分子、原子来度量，它们很可能是小于这些物质许多数量级，甚至比中微子、光子还小很多的物质组成。但它们到底是什么，目前科学界还连最初步的答案也没有。有些人认为“轴子”很可能是暗物质的主要组成部分，有些人认为暗能量是一种负能量，但“轴子”和“负能量”本身也是一种假象的东西，迄今并没有证据表明它们存在或者发现它们的踪迹。

暗物质暗能量到底会现身吗？相信随着科学研究的不断深入，总有一天人类能够解开这个谜团。

就是这样，欢迎讨论，感谢阅读。

时空通讯原创版权，侵权抄袭是不道德的行为，敬请理解合作。