宇宙的账单

根据当前主流的宇宙学模型（ΛCDM 模型），宇宙的能量组成大致是：

  • 普通物质（重子物质）：约 5%——恒星、行星、气体、尘埃，以及你我；
  • 暗物质：约 27%；
  • 暗能量：约 68%。

也就是说，我们能看见、摸到、理解的一切，只占宇宙的百分之几。剩下 95% 的性质，至今仍是未解之谜。

暗物质：为什么认为它存在

星系旋转曲线。20 世纪 70 年代，薇拉·鲁宾（Vera Rubin）等人观测发现，星系外围恒星的绕转速度远高于按可见物质计算出的预期值。按开普勒定律，离中心越远速度应越慢，但实测曲线是"平"的。

要解释这个现象，要么引力理论在星系尺度上需要修正，要么星系中存在大量看不见的物质提供额外引力。后者就是暗物质假说。

其它独立证据包括：星系团的动力学、引力透镜效应、宇宙微波背景辐射的功率谱、宇宙大尺度结构的形成。

其中子弹星系团（Bullet Cluster）的观测常被引为暗物质存在的直接证据：两个星系团碰撞后，可见的热气体因相互作用而滞后，而引力透镜显示的质量分布却随星系继续前进——说明质量主要在那些"不参与碰撞"的成分中。

暗物质可能是什麼

候选者包括弱相互作用大质量粒子（WIMP）、轴子（Axion）、惰性中微子等。但尽管探测实验开展了数十年，尚未有公认的直接探测结果。

暗能量：一个更奇怪的东西

1998 年，两个独立团队通过观测 Ia 型超新星发现：宇宙的膨胀在加速，而非如预期那样因引力而减速。

驱动这种加速的成分被称为暗能量。最简单的解释是爱因斯坦曾引入又放弃的宇宙学常数——真空本身的能量密度。

但这里有一个著名的理论困难：量子场论计算的真空能量密度，与观测值相差几十到上百个数量级。这是当代物理学最尖锐的矛盾之一。

冷静看待

需要承认的是，我们对这 95% 的理解仍处于"知道有东西在那里，但不知道它是什么"的阶段。这正是基础科学的魅力所在。

说明：本文为宇宙学的公开知识整理。