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什么是暗物质和暗能量
暗物质和暗能量起初分别是在两个理论中假设提出，目前暗物质的假设已经被证实确实存在，而关于暗能量的假设还未被证实。
暗物质的由来：上世纪初，天文学家哈勃刚刚发现宇宙中存在不止银河系一个星系，而是很多个星系。
随后有大量天文学家对星系的形成和演化开始了研究。
天文学家们起初认为星系中心是由一个超大质量黑洞作为引力源，同时许多恒星之间的引力相互吸引，使其能够聚集成群形成星系。
但在后来的计算中天文学家们惊讶的发现，星系之间的天体并未产生足够的引力吸引彼此，它们本该四散飞离而不是聚集成群。
当时天文学家们无法解释这一现象，直到有一个标新立异的科学家提出了一个假设，他认为宇宙之中还存在一种我们尚未发现的物质，这种物质可以像牢笼一样将恒星束缚在一定的空间内，在这个“狭小”的空间内，星系之间的天体才能依靠彼此的引力聚集成群。
他把这种假设中的物质命名为“暗物质”。
随着高精密天文望远镜的发现，天文学家们最终通过观察暗物质对光的扭曲效应和对星系运行的更多影响方式正式了暗物质的存在。
科学家们已经知道了暗物质是如何运作的，暗物质像胶水一样将宇宙的各个结构牢牢粘合在一起，它将星系、星系团与超新星团结合在一起，如果没有暗物质，整个宇宙的结构都会四分五裂。
——————————————————————————————————————————暗能量的由来：上个世纪末期，天文学家们起初根据大爆炸理论认为，认为宇宙虽然在膨胀，但是由于物质之间存在引力，这种膨胀会不断减缓，但他们无法证实这一切，因为他们无法测出宇宙膨胀的速度。
直到他们发现了1a型超新星。
1a型超新星，即白矮星由于吸收临近恒星的物质后质量增加，当自身质量达到太阳1.44倍后瞬间爆炸形成的超新星。
因此所有1a型超新星的亮度都是一个固定值，这使得它们成为了测量宇宙距离的完美标尺。
根据惯性原理，宇宙膨胀的速度本应当保持不变的，因此在引力发挥了作用的情况下，那么天体之间相互远离的速度就会逐渐减慢。
1a型超新星发出的光芒通常持续数月，科学家们在持续数个月观察超新星的位置变化后惊人的发现，宇宙膨胀的速度不仅没有减缓，反而还在加速。
科学家们同样无法解释这种现象，按照惯性原理，物体的运动速度和方向都不会变化。
在这一基础上施加引力的话，天体之间远离的速度就应当不断减慢。
而观测结果是它们的速度不仅没有减慢，更奇怪的是反而在加速。
宇宙中应该没有外力，究竟什么效应让它们加速远离。
为此，一个天文学家同样提出了假设，他认为宇宙中存在一种我们至今还仍未发现的力量，与引力不同，这种力量会令整个空间由内而外产生反方向的斥力，让所有物体加速远离，导致宇宙加速膨胀，他们把这种假设存在的力量命名为“暗能量”。
只有这种假设可以解释为什么宇宙会加速膨胀，但科学家们至今仍然无法找到暗能量存在的确凿证据，也不知道暗能量究竟为何物。
所以这种假设的正确性仍然有待考量。
随着科学技术的不断发展，我们会越来越接近我们想要的答案。
暗物质和暗能量是什么 ???
到目前为止，物理学家和天文学家根据观测事实和理论推测，构建出各种各样的宇宙模型，其中最成功的是大爆炸宇宙模型，宇宙在加速膨胀也是公认的事实。
而暗物质是基于现有引力理论的一种假想物质，暗能量是基于现有宇宙模型的一种假想能量。
暗物质和暗能量的存在能够解释一系列令人困扰的天文观测现象，也能在现有理论模型下能够很好地解释宇宙的演化和存在，可是还没有实验能够直接探测到暗物质和暗能量并为它们的存在进行决定性地描述。
但是，很多新的观测现象都指向同一个事实：暗物质和暗能量是真实存在的。
一直以来，物理学对于物质本质的描述，朝着两个极限不断前进。
一个是微观极限，现在已经深入到原子核内部；另外一个是宏观极限，现在已经扩展到整个宇宙。
从微观上讲，标准模型能够解释到目前为止发现的大部分粒子，标准模型也是基于地球上的物质、对撞机产生的粒子以及宇宙射线而构建的；但是当人类将探索的触角伸向浩瀚无垠的宇宙的时候，发现了一些令人费解的现象。
20世纪30年代到70年代间，不少科学家在观测不同星系时发现引力质量比星系的光度质量大的多。
自此，科学家指出宇宙间存在大量看不见的物质——如果只有可见物质参与引力相互作用，那么从星系中心到旋臂，随着半径的增大，旋转的速度会越来越低。
根据天体物理的理论，这样会导致星系的不稳定。
我们通过中学物理学过的引力圆周运动公式，也可以简单地得到这一结论。
但实际观测表明，稳定星系旋臂的转动速度随着半径增大，呈现出一个恒定速度，这样才会使星系保持稳定。
而这个现象也说明，星系的大部分质量并不是集中在星系中心，而是有许多看不见的“暗物质”分布在整个星系，可见物质只是星系质量的一小部分。
我们知道，物理学发展至今，虽然理论物理已经可以完全独立发展，但理论正确与否，最终要经过可靠实验的检验，理论和实验相辅相成。
暗物质的提出，虽然只是来源于科学家们的头脑风暴和数学计算，但是对于人类认识宇宙有着重要意义。
至于理论最终会得到证实还是被推翻，还是要靠具体的实验探测来说话。
暗能量是什么?
大约65年前，第一次发现了暗物质存在的证据。
当时，弗里兹·扎维奇（Fritz Zwicky）发现，大型星系团中的星系具有极高的运动速度，除非星系团的质量是根据其中恒星数量计算所得到的值的100倍以上，否则星系团根本无法束缚住这些星系。
之后几十年的观测分析证实了这一点。
尽管对暗物质的性质仍然一无所知，但是到了80年代，占宇宙能量密度大约20%的暗物质以被广为接受了。
在引入宇宙暴涨理论之后，许多宇宙学家相信我们的宇宙是平直的，而且宇宙总能量密度必定是等于临界值的（这一临界值用于区分宇宙是封闭的还是开放的）。
与此同时，宇宙学家们也倾向于一个简单的宇宙，其中能量密度都以物质的形式出现，包括4%的普通物质和96%的暗物质。
但事实上，观测从来就没有与此相符合过。
虽然在总物质密度的估计上存在着比较大的误差，但是这一误差还没有大到使物质的总量达到临界值，而且这一观测和理论模型之间的不一致也随着时间变得越来越尖锐。
当意识到没有足够的物质能来解释宇宙的结构及其特性时，暗能量出现了。
暗能量和暗物质的唯一共同点是它们既不发光也不吸收光。
从微观上讲，它们的组成是完全不同的。
更重要的是，象普通的物质一样，暗物质是引力自吸引的，而且与普通物质成团并形成星系。
而暗能量是引力自相斥的，并且在宇宙中几乎均匀的分布。
所以，在统计星系的能量时会遗漏暗能量。
因此，暗能量可以解释观测到的物质密度和由暴涨理论预言的临界密度之间70-80%的差异。
之后，两个独立的天文学家小组通过对超新星的观测发现，宇宙正在加速膨胀。
由此，暗能量占主导的宇宙模型成为了一个和谐的宇宙模型。
最近威尔金森宇宙微波背景辐射各向异性探测器（Wilkinson Microwave Anisotrope Probe，WMAP）的观测也独立的证实了暗能量的存在，并且使它成为了标准模型的一部分。
暗能量同时也改变了我们对暗物质在宇宙中所起作用的认识。
按照爱因斯坦的广义相对论，在一个仅含有物质的宇宙中，物质密度决定了宇宙的几何，以及宇宙的过去和未来。
加上暗能量的话，情况就完全不同了。
首先，总能量密度（物质能量密度与暗能量密度之和）决定着宇宙的几何特性。
其次，宇宙已经从物质占主导的时期过渡到了暗能量占主导的时期。
大约在大爆炸之后的几十亿年中暗物质占了总能量密度的主导地位，但是这已成为了过去。
现在我们宇宙的未来将由暗能量的特性所决定，它目前正时宇宙加速膨胀，而且除非暗能量会随时间衰减或者改变状态，否则这种加速膨胀态势将持续下去。
不过，我们忽略了极为重要的一点，那就是正是暗物质促成了宇宙结构的形成，如果没有暗物质就不会形成星系、恒星和行星，也就更谈不上今天的人类了。
宇宙尽管在极大的尺度上表现出均匀和各向同性，但是在小一些的尺度上则存在着恒星、星系、星系团、巨洞以及星系长城。
而在大尺度上能过促使物质运动的力就只有引力了。
但是均匀分布的物质不会产生引力，因此今天所有的宇宙结构必然源自于宇宙极早期物质分布的微小涨落，而这些涨落会在宇宙微波背景辐射（CMB）中留下痕迹。
然而普通物质不可能通过其自身的涨落形成实质上的结构而又不在宇宙微波背景辐射中留下痕迹，因为那时普通物质还没有从辐射中脱耦出来。
另一方面，不与辐射耦合的暗物质，其微小的涨落在普通物质脱耦之前就放大了许多倍。
在普通物质脱耦之后，已经成团的暗物质就开始吸引普通物质，进而形成了我们现在观测到的结构。
因此这需要一个初始的涨落，但是它的振幅非常非常的小。
这里需要的物质就是冷暗物质，由于它是无热运动的非相对论性粒子因此得名。
长久以来，最被看好的暗物质仅仅是假说中的基本粒子，它具有寿命长、温度低、无碰撞的特性。
寿命长意味着它的寿命必须与现今宇宙年龄相当，甚至更长。
温度低意味着在脱耦时它们是非相对论性粒子，只有这样它们才能在引力作用下迅速成团。
由于成团过程发生在比哈勃视界（宇宙年龄与光速的乘积）小的范围内，而且这一视界相对现在的宇宙而言非常的小，因此最先形成的暗物质团块或者暗物质晕比银河系的尺度要小得多，质量也要小得多。
随着宇宙的膨胀和哈勃视界的增大，这些最先形成的小暗物质晕会合并形成较大尺度的结构，而这些较大尺度的结构之后又会合并形成更大尺度的结构。
其结果就是形成不同体积和质量的结构体系，定性上这是与观测相一致的。
相反的，对于相对论性粒子，例如中微子，在物质引力成团的时期由于其运动速度过快而无法形成我们观测到的结构。
因此中微子对暗物质质量密度的贡献是可以忽略的。
在太阳中微子实验中对中微子质量的测量结果也支持了这一点。
无碰撞指的是暗物质粒子（与暗物质和普通物质）的相互作用截面在暗物质晕中小的可以忽略不计。
这些粒子仅仅依靠引力来束缚住对方，并且在暗物质晕中以一个较宽的轨道偏心律谱无阻碍的作轨道运动。
低温无碰撞暗物质（CCDM）被看好有几方面的原因。
第一，CCDM的结构形成数值模拟结果与观测相一致。
第二，作为一个特殊的亚类，弱相互作用大质量粒子（WIMP）可以很好的解释其在宇宙中的丰度。
如果粒子间相互作用很弱，那么在宇宙最初的万亿分之一秒它们是处于热平衡的。
之后，由于湮灭它们开始脱离平衡。
根据其相互作用截面估计，这些物质的能量密度大约占了宇宙总能量密度的20-30%。
这与观测相符。
CCDM被看好的第三个原因是，在一些理论模型中预言了一些非常有吸引力的候选粒子。
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