神秘、不可见且未知的物质和能量形式主导了宇宙。
“子弹星团”由两个星系团碰撞而成。图中粉色标示的是普通物质，蓝色标示的是占据星系团的暗物质
宇宙的大部分是不可见的。虽然看不见、摸不着，大多数天文学家认为宇宙主要是由暗物质和暗能量组成的。我们周围这些神秘而不可见物质到底是什么？暗能量和暗物质又有什么区别？简而言之，暗物质能减缓宇宙膨胀，而暗能量则能加速宇宙膨胀。
暗物质能施加吸引力，把宇宙中的物质束缚到一起，但它不会反射、吸收或发射光线。暗能量则起排斥作用，驱动着宇宙膨胀不断加速。暗能量的作用大于暗物质的，占宇宙总质能的68%，暗物质占27%，剩下的5%则是我们日常接触的普通物质。
照片中看不到暗物质，但可以通过引力透镜来探测并确定它们的分布。图中的蓝色部分标记出了星系团艾贝尔1689内的暗物质，该星系团距离地球22亿光年。
暗物质
20世纪30年代，瑞士裔美国天文学家弗里茨·兹维基（Fritz Zwicky）研究了后发星系团内的约1 000个星系的图像，发现它们的行为有些奇怪。这些星系运动速度过快，会导致整个星系团瓦解。因此，他推测是某种“暗物质”将它们维系在了一起。
数十年后，天文学家维拉·鲁宾（Vera Rubin）和肯特·福特（Kent Ford）在研究单个星系的旋转曲线时，也发现了类似的现象。类似于太阳系中行星的运动，位于星系外缘处恒星的运动速度应该慢于中心附近的恒星。但恰恰相反，结果发现星系外围恒星的运行速度与中心附近恒星相当，甚至更快。他们的发现表明，有看不见的物质把我们的宇宙维系在了一起，被称为暗物质。
现在有许多其他支持存在暗物质的证据。事实上，目前暗物质的存在已被广泛接受，是宇宙学标准模型的重要组成部分，该模型是认识宇宙诞生和演化的基础。没有宇宙学标准模型，就无法解释我们的存在。
肩负如此重要的作用迫使宇宙学家必须要寻找到能证明暗物质存在的确凿证，进而支撑起宇宙学标准模型。然而，几十年来，世界各地的物理学家一直在使用越来越先进的探测装置来搜寻暗物质，但是到目前为止依然一无所获。
暗能量
早在约一个世纪前，天文学家就已经知道宇宙正在膨胀。观测表明，大多数星系都在相互远离，这意味着在遥远的过去星系之间的距离应该更近。这也是宇宙大爆炸的一个证据。然而，天文学家认为，宇宙中所有恒星和星系所施加的引力应该会减缓宇宙的膨胀。也许有一天，它甚至会重新坍缩。
不过，这个想法在20世纪90年代末被否定了，当时两组天文学家团队发现了一些无法解释的现象。他们在研究遥远星系中的超新星时发现，距离远的星系比距离近的星系会以更快的速度远离我们。这说明宇宙不仅在膨胀，而且在加速膨胀。这一观测显然与天文学家的预期不符。但是随后的观测不仅没有推翻它，反而让暗能量存在的证据变得越发坚实。
宇宙随时间的膨胀
这并不意味着，天文学家已确切知道暗能量到底是什么。与之相反，目前只能借助爱因斯坦的广义相对论来描述它在宇宙中的作用。爱因斯坦并不知道暗能量，但他的方程表明空间可以膨胀。他还在广义相对论中引入了宇宙学常数，以此来抵御宇宙向内坍缩。这使得空间本身具有了能量，但目前仍没有在地球上测量到这种作用力。
一些理论物理学家认为，存在着一个由未知粒子和作用力组成的暗域有待发现。无论暗能量和暗物质是什么，它们似乎都在和我们的宇宙玩拔河游戏——把它拉到一起，又把它分开。
