暗物質與暗能量的本質

把天文學家能看見的一切都加起來——每一顆恆星、每一顆行星、每一團氣體雲、每一個發光的星系——你也只數清了宇宙構成的大約百分之五。其餘的百分之九十五，在我們這份已知粒子的清單上根本找不到。其中大約四分之一是暗物質，一種看不見的物質，靠它的重力把星系攏在一起；剩下的約百分之七十是暗能量，一種平滑的「某種東西」，正把宇宙推得越脹越快。我們只是憑它的拉力和推力知道它們在那兒；我們並不知道這兩樣究竟是什麼。

暗物質和暗能量是兩個非常不同的謎，只是恰好共用了「暗」這個字，意思都是「我們看不見它」。暗物質在一個關鍵方面表現得像普通物質——它會在重力下成團——但它不發光，似乎既不感受電磁力、也不感受強交互作用，因此它從每一台為捕捉已知粒子而造的探測器旁邊溜了過去。它的存在是從這些線索推斷出來的：恆星在星系邊緣繞轉得有多快、星系團如何彎折背景星光、以及宇宙微波背景上那精細的花紋。暗能量更加古怪：它根本不成團，均勻地填滿空間，而且它不是把東西拉到一起，而是把它們推開，這正是遙遠星系越退越快的原因。

對粒子物理而言，這是標準模型不完整的最直接證據：它裡面根本沒有一種粒子能充當暗物質，也沒有一種場會自然地表現得像暗能量。暗物質的主流猜測是某種新粒子——弱交互作用重粒子、軸子，或者來自某個隱藏部門的粒子——實驗透過這些方式去搜尋它們：在地下深處等待一次罕見的撞擊、在天空中尋找它們湮滅時微弱的餘暉、或者在對撞機裡試著把它們造出來。暗能量則更加不為人知，常常被簡單地描述成一個宇宙學常數，即空無一物的空間所固有的一份能量，而它實測出的那個微小數值本身就是一個深刻的謎。