宇宙里面有什么?答案是物质和能量。宇宙里面很显然有各种各样的天体,行星、恒星、白矮星、红矮星、超新星、中子星、脉冲星,等等,这些都叫普通物质(ordinary matter),看得见、摸得着。除了物质还有能量,有电磁波形式的能量,运动的物质有动能,引力会产生引力势能,等等。但这些普通物质和能量只占宇宙质能总量的5%左右,剩下的95%物质和能量当中,有23%叫暗物质。
暗物质并非一种已经被证实存在的物质,它目前只是一种理论假设。为什么要做这样的假设呢?因为我们要解释一个问题,那就是银河系转速过快的问题。银河系会绕自己旋转,但是科学家估算了一下银河系里的物质可以给自身提供的引力,发现这个引力太小了,无法支撑银河系如此快的旋转速度,照理说银河系早就应该散架了。为了解释这个现象,科学家们发明了一个概念,假定有这样一种物质叫“暗物质”,它看不见、摸不着,唯一的作用就是提供引力,并且这种暗物质弥漫全空间,它们只在大尺度上体现出显著的引力作用。
除了暗物质以外,宇宙中72%的能量是暗能量。与暗物质的概念类似,暗能量并非一种已经被证实存在的能量,它目前只是一种理论假设。为什么要做这样的假设呢?因为我们要解释,为什么宇宙的膨胀规律是加速膨胀。根据哈勃的观测,他发现越是离我们远的天体,远离我们的速度越快。宇宙中天体的关系,就好比一个气球上的点,当你吹大一个气球的时候,气球表面点与点的距离也在变大,并且点之间的距离越远,它们的距离增大得越快。什么是宇宙的加速膨胀呢?这就好比你在加速地吹大一个气球,你越想让气球快速变大,就要吹得越卖力。换言之,你要对气球输入的能量就越多。