暗物质和暗能量可能比组成我们身体的物质多得多。与人类相比它们会更有意思吗？

人类在宇宙的整体规划中看起来是非常次要的。这样的见解常常会让人联想到哥白尼，他曾提出（尽管不是首次）地球不是太阳系的中心。埃德温 · 哈勃（Edwin Hubble）的进一步发现使得我们在宇宙中的地位显得更加卑微，他断言，天体物理学上所讲的星云实际上是依靠各自质量（维持自身稳定性）而彼此分开的星系。目前我们认为在可见的宇宙中大概有1000亿个这样的星系，每一个星系大约有1000亿颗恒星。

但是对于人类的地位而言，明显的打击来自于理论上暗物质这个概念的引进——我们甚至不是由构成宇宙的主要物质形成的。在“我们看不见的物质”这个意义上，暗物质的存在是由弗里茨 · 兹维基（Fritz Zwicky）在1933年注意到的，当时他正在研究后发座星系团的动力学。星系之间相互绕转，它们的特征速度依赖于总质量，但是当我们去观察星系团时，发现它们的速度总是比预期的高出许多，而实际上我们就是依据观测到的恒星和气体的总质量来作出速度预测的。维拉 · 鲁宾（Vera Rubin）和其他人通过对个别星系的测试，已经使得这一点能够让人理解了。随着远离星系的中心区域，绕轨道运行的气体速度会系统地高于预计的速度。这些观测暗示了广泛存在着厚重的呈晕状分布的暗物质。当然，我们在庞大的宇宙图景中看到的那些独特星系，与聚集在不可见的暗物质晕之中的可见物质相比，实在是少之又少。

当然，我们呼吸的空气是看不见的、透明的，就像暗物质一样。所以，首先想到的一个合乎情理的猜测是那些额外的物质也是普通物质，只是以一种我们看不见的形式存在着。依据普通物质在早期宇宙原始核合成以及密度扰动演化过程中的影响，我们找到了独立的方法来估测普通物质的数量。这些约束意味着，普通物质根本不足以说明星系和星系团的性状（或许只及全部物质的五分之一）。暗物质不仅仅是“暗的”，而且它完全是一种新的粒子一是一种不包括在粒子物理标准模型之内的东西，是一种到目前为止地球上的实验室还没有探测到的东西。

我们甚至还没有提到暗能量——能量的一种神秘形式，平滑地分布于空间中并且不随时间改变（至少是近似）。对超新星高红移、宇宙微波背景辐射，以及大尺度结构分布的独立观测都显示了暗能量的存在。暗能量平凡的、持久稳固的本性使得我们确信它甚至根本不是一种粒子。目前我们的宇宙大约有70%是暗能量，25%是暗物质。而所有我们可以直接观测到的物质占整个宇宙的比例只是微不足道的5%。

我们可以通过观测暗物质和暗能量对普通物质的引力作用来间接推断它们的存在。这种推断的一个著名事例是海王星的发现，为了解释天王星的运动事先假定了它的存在。但是同样有一个非常著名的失败例子——为了解释水星的异常运动，曾经假设水星轨道内侧还有一颗行星“火神（Vulcan）”。而正确的解释是当时我们所掌握的引力理论是有缺陷的——在用爱因斯坦的广义相对论代替牛顿的引力理论之后，计算出了完美的水星轨道。那么对于爱因斯坦理论的修改能够解决暗物质和暗能量的问题吗？也许可以，但即便是最雄心勃勃的理论家也很难构建这样一个理论。

暗物质和暗能量的一个最简单的模型——它们彼此之间没有显著的相互作用，与普通物质之间也没有明显的相互作用——和实验数据非常吻合。但是，如果宇宙的95%都是以不可见的物质形式存在，那是否意味着还有隐藏的结构呢？看不见的部分会不会是一个迷人的地方，有自己复杂的相互作用——甚至可能有智慧生命？会不会有一种‘暗光’我们看不见，在黑暗的宇宙中辐射、吸收？

或许不是这样。如果暗物质颗粒以一种和普通物质类似的方式相互作用，那么它们应该也有类似普通物质的行为。特别是，它们会碰撞、冷却，会向星系的中心降落，而不是发散成弥漫的晕状物质。如果暗能量以某种形式和物质联结在一起，那么它势必会引起未被我们察觉的力。尽管很难完全排除任何一种有关暗物质暗能量的物理学理论，但是最简理论以很高的精度符合很多观测到的现象，这是一个令人印象深刻的事实。加入新的相互作用时常让事情变得更糟而不是更好。

尽管如此，还是有必要保持一个开阔的思路。最简模型有一些明显的矛盾，比如说，星系的子结构和星系中心区域的暗物质密集程度都不及预测的。或许这是由于未知的相互作用。更可能的是，在这些模式中，我们精确预测的能力还不够完善。

有时“最”并不意味着“最有趣”。如果人类的自尊随着我们在茫茫宇宙中次要地位的揭示而受到伤害的话，那么当意识到暗物质的宇宙是一个寒冷、寂静的世界时，我们还能从中真正得到一些安慰。

本文作者肖恩·卡罗尔（Sean Carroll）在芝加哥大学物理系从事天体物理学研究工作。