空间天文学有一个特别的说法，叫做“两暗一黑三起源”。其中，“两暗”是指暗物质和暗能量，它们占据了宇宙物质的95%以上，但是很难被直接观测。这听起来很神奇，但是其实暗物质和暗能量到目前为止没有什么实质性的研究，科学家之所以提出来这两个东西有很大一部分甩锅的嫌疑，因为他们遇到了完全无法解释的现象。但是把暗物质和暗能量放进去之后，整个世界就豁然开朗，一切都能说得通了。但这两个东西到底存不存在，现在来说还为时尚早，本期我们就来聊聊暗物质和暗能量是怎么被提出来的，以及它们对我们的宇宙有什么影响。
我们知道宇宙一直处在加速膨胀的状态，但我们尚未完全理解宇宙为何会持续膨胀。根据目前人类所掌握的物理法则，宇宙膨胀的速度应该逐渐减缓，最终可能甚至会停止或开始收缩。这是基于牛顿引力定律，因为有质量的物体会相互吸引，所以宇宙中的天体也应该会相互吸引并最终聚集在一起。但是呢，通过天文学家观测，我们这个宇宙在加速膨胀，这让科学家无法理解。即使是在日常生活中，爆炸的产物在经过一段时间后也会减速。那么为什么宇宙的膨胀会加速呢？为了解释这一现象，科学家提出了一种假设性的力量，称为暗能量。暗能量被假设为一种排斥力，与其他四种基本力一样，它也可以影响物质的相互作用。是它在推动我们的宇宙加速膨胀。这么一解释之后完全没毛病，但听下来似乎感觉有点玄乎。毕竟这东西完全没有任何发现，也没有理论支持，只是一种假设存在的力。
那么，我们怎么知道暗能量的存在呢？目前探测暗能量的方法或实验有很多种，主要可以分为两大类：天文观测和实验室实验。天文观测主要是利用暗能量对宇宙膨胀速度、星系分布、引力透镜等现象的影响，来推断暗能量的存在和性质。例如，通过观测遥远的超新星，我们发现它们的亮度和红移与我们预期的不一致，这表明宇宙在加速膨胀，而这需要一种负压的能量来驱动。这种能量就是暗能量。另一个例子是，通过观测宇宙微波背景辐射，我们发现宇宙是平坦的，这意味着宇宙的密度等于临界密度。但是我们观测到的普通物质和暗物质的密度加起来远远不够，还需要有一种能量来填补差额。这种能量也是暗能量。
实验室实验主要是利用高能粒子加速器、超冷原子、光学腔等装置，来模拟或产生暗能量场，从而检验暗能量理论的有效性和可行性。例如，通过在加速器中对撞粒子，我们可能会产生一些新的粒子或场，这些粒子或场可能就是暗能量的载体。另一个例子是，通过在超冷原子中制造出一种类似于宇宙常数的能量，我们可能会观测到暗能量的效应，如引力排斥或负压。关于暗能量究竟是什么，我们还没有确切的答案。它就像是隐藏在宇宙间的幽灵，从种种迹象我们知道应该有这个东西，但是至于它在哪、究竟是什么，我们都一无所知。
暗物质是宇宙中的一种神秘物质，它不发光也不反射光，只能通过引力作用来间接地探测。暗物质的概念最早是由荷兰天文学家奥尔特在1932年提出的。他通过研究发现，银河系中靠近太阳的恒星，它们的速度分布符合开普勒定律，即距离银河系中心越远的恒星，旋转速度越慢。这是因为，恒星的旋转速度取决于银河系内的物质对它们的引力作用，而这个引力作用又和物质的分布有关。如果银河系的物质主要集中在中心区域，那么外围的恒星就会受到较弱的引力，因此旋转速度就会较慢。然而，当他观测了银河系边缘的恒星时，却发现了一个令人惊讶的结果：它们的速度分布与开普勒定律不符，即距离银河系中心越远的恒星，旋转速度并不变慢，而是保持一个大致相同的值。这就好像有一种看不见的力量，把这些恒星牢牢地固定在了一个高速旋转的轨道上。
奥尔特推断，银河系里面存在着一种看不见的物质，它提供了额外的引力作用，使得银河系边缘的恒星能够保持高速旋转。这种看不见的物质就是暗物质。暗物质这个概念一提出来，天体物理学家可以说是皆大欢喜，因为之前很多问题解释不通，就比如星系为什么转起来不散架，宇宙微波背景辐射为什么会是这样，原来都是因为暗物质的存在。暗物质比暗能量好一点的是，我们很容易能通过间接观测来确定这个东西的分布，就比如说星系产生的引力透镜现象。引力透镜效应是指，一个大质量天体在我们和一个更远天体之间时，会弯曲空间和光线，使得我们看到更远天体的形状和位置发生变化。根据引力透镜效应，我们可以推算出前方天体的质量分布。然而，观测结果显示，前方天体的实际质量要远大于其可见光度所反映的质量。这说明前方天体内部有一种不发光也不反射光的物质，对光线产生了强烈的弯曲作用。这种物质就是暗物质。这是间接证明暗物质最有力的方法之一。
除了间接观测，人类还在努力寻找暗物质的直接证据。直接探测暗物质的原理是，暗物质虽然不参与电磁相互作用，但可能会和普通物质发生弱相互作用，导致普通物质的原子核或电子发生反冲，从而产生可探测的信号。为了捕捉到这样微弱的信号，就必须让周围物质相互作用的可能性降到最低。那为了保证实验环境的绝对静默，就得让实验室装置特别冷和安静，并且探测物质也得足够多，这就是探测暗物质的实验室非要建那么深的原因。对暗物质感兴趣的同学应该会听过一些暗物质物理实验室，就比如我国的锦屏暗物质实验室，这就是专门用来直接探测暗物质的。
那暗物质怎么探测呢？暗物质其实会和氙原子核产生相互作用，会导致它的原子核发光，简单说就是，如果氙原子平白无故发光了，很有可能就是暗物质造成的。这种发光信号就是我们要寻找的暗物质的直接证据。不过，这种信号很微弱，而且还有很多其他的噪声干扰，所以要想探测到暗物质，还需要很多的技术和创新。当然，暗物质和暗能量的研究还面临着很多挑战和困难，需要更多的理论和实验的努力。如果我们想要了解宇宙的本质和命运，就必须揭开它们的神秘面纱。
它占宇宙总质量的85％左右，然而物理学家仍然不知道什么是暗物质。暗物质的奥秘可能最终被解决了，但是一个新的假设可能使我们更接近于找出它的身份，因为物理学家现在怀疑黑暗物质一直在改变形式--从宇宙最大的结构中的幽灵粒子到更小规模的奇怪的超流体状态。我们很快就会有工具来确认它。暗物质是近一个世纪前提出的一个假想物质，以解释宇宙物质数量之间的明显不平衡，以及将我们的星系保持在一起的引力。我们不能直接检测到暗物质，但是我们可以看到它对我们周围的一切的影响--星系旋转的方式以及光在宇宙中运行时的弯曲方式表明，还有更多出乎我们想象的东西。
现在两位物理学家提出，黑暗物质一直在改变规则，这可以解释为什么它是如此难以捉摸。暗物质的奥秘可能最终被解决了，一位并没有参与这项研究的粒子物理学家提姆·泰特（Tim Tait）认为：“这是一个不错的想法，你有两种不同的暗物质被描述为一件事。”黑暗物质的传统观点是它是由弱相互作用的粒子组成的，如轴子，它们受到引力的影响，我们可以在大规模观察到。这种“冷”形式的暗物质可以用于预测星系的星群将如何变化，并符合我们对宇宙“宇宙网”的了解--科学家认为所有的星系都连接在一个由暗物质的隐形细丝组成的巨大的星际网中。但是当我们按比例缩小到单个星系以及其中的恒星相对于星系中心旋转的方式时，一些东西就不能叠加起来。
宾夕法尼亚大学物理学家贾斯汀·霍里（Justin Khoury）解释说：“宇宙中的大部分物质都是暗物质，与大多数普通物质所处的位置是隔离的。在宇宙网的尺度上，这与观测结果相吻合。在星系团规模上，它也做得相当不错。然而，在星系的尺度上，它并不合适。”现在在普林斯顿大学的库利（Khoury）和他的同事拉沙·贝雷日亚尼（Lasha Berezhiani）认为，我们无法调和暗物质在宇宙中的大小尺度上的行为是因为它可以转移形式。我们已经为大规模的星系团提供了“冷”暗物质粒子，但是在一个单一的星系上，他们认为暗物质处于超流体状态。超流体是一种冷而密集的物质的形式，具有零摩擦和零粘度，有时可以成为一个的玻色-爱因斯坦凝聚态，被称为“第五种物质状态”。
暗物质的奥秘可能最终被解决了，他们听起来很奇怪，超流体比以往任何时候都更容易获得，研究人员最近宣布，他们能够在室温下创造出像液体一样的超流体形式的光。我们越了解超流体，物理学家们愿意接受这样一个观点，认为它们在宇宙中可能比我们想象中更为常见。暗物质的奥秘可能最终被解决了，珍妮弗·欧列特（Jennifer Ouellette ）解释说：“最近，越来越多的物理学家开始考虑在极端条件下自然形成超流相的可能性。超级流体可能存在于中子星内，一些研究人员推测，时空本身可能是一个超流体，那么为什么暗物质不应该有超流体相呢？”其想法是，围绕单个星系存在的暗物质的“光晕”创造了形成超流体的必要条件--星系的引力拉力确保其密集地堆积，并且空间的冷却使温度保持在适当的低水平。
这里的关键在于，超流体暗物质的存在可以解释个别星系的奇怪行为，这种引力本身无法解释--它可能会制造出第二种尚未定义的力，其行为就像围绕着它们的暗物质光环中的引力一样。如珍妮弗·欧列特（Jennifer Ouellette ）解释的那样，当你打扰电场时，你会收到无线电波，当你打扰引力场时，你会得到引力波。当你扰乱一个超流体呢？你得到声子，而且除了引力外，这种额外的力也能起作用。库利（Khoury）说：“这很好，因为你在重力上有一个额外的力，但它实际上与暗物质有着内在的联系。这种暗物质介质的特性产生了这种力。”暗物质的奥秘可能最终被解决了，如果他们的预言能证实的话--那当我们谈到这个巨大的宇宙奥秘时，我们可能最终会有所发现。
