有时，宇宙学家会带着大声的抱怨被拖入一个他们怎样也想像不到的令人困惑的宇宙之中，在1500年代和1600年代，哥白尼、开普勒和牛顿证明了地球只不过是环绕许多恒星中的一个旋转着的行星之一，从而打破了中世纪的封闭的小宇宙观。1920年代，埃德温 · 哈勃(Edwin Hubble)证明宇宙是不断地在膨胀和进化的，终于粉碎了认为宇宙是永恒不变的想法。

近年来，宇宙学家发现构成星体和银河系以及人类的普通物质，只占存在的所有物质的不足5%。这个对宇宙的新认识，使科学家们又面对了一个头等重要的问题：宇宙是由什么构成的？

这个问题产生于日新月异的观测。1960年代，天文学家发现银河系旋转的速度太快，以致众星体的总体拉力无法使其保持不纷飞离散。似乎因为有着某种看不见的东西，才使众星体得以保持自身不被抛出远离中心：一种无光的物质发出了外加的引力。这就是暗物质。

多年来，科学家们已经发现了空间暗物质的某些踪迹：他们用X射线望远镜看到了暗淡朦胧的气体云，观察到了星体前面当物质簇群经过时发生的闪烁，测定了银河系中不可见物质所造成的时空扭曲。尤其要感谢对原始气体云中大量元素的观察，物理学家已得出结论：仅有10%的普通物质是可见的。

但即使让可见的“普通”物质增加10倍，也无法接近于说明宇宙是如何构成的。当天文学家用高倍望远镜仰观天空时，他们看到的是一个呈块状分布的不平衡的宇宙。银河系并非均匀地星罗棋布于天空，而是集合成薄薄的卷须和细丝缠绕在辽阔的空间。就像没有足够的可见物质，使银河系保持正常的速度旋转一样，也没有足够的普通物质可以为这种块状分布作出说明。

宇宙学家们现在得出的结论认为，暗物质是由尚未发现的一种粒子形态构成的，一定是暗物质所产生的引力在塑造这些宇宙结构。他们估计，这种外在的暗物质构成了宇宙中25%的物件—这要比普通物质多5倍。

然而就是这种神奇的实体，若与另一神秘事物即暗能量相比，仍不免显得平淡无奇。在1990年代晚期，科学家们在考察遥远的超新星时发现，宇宙正在膨胀得愈来愈快，而不是如物理学定律所示的那样在减慢。是不是有什么反引力在使宇宙爆裂开来呢？

所有的迹象表明答案是肯定的。对多种现象——宇宙背景辐射、元素丰度、银河系簇群、引力摄影、气体云性质——所作的各种独立观测，都能集合成一幅协调一致而又很奇特的宇宙图。普通物质和外在的未知粒子一起，只构成了宇宙中物件的约30%；其余的就是这种神奇的反引力，叫做暗能量。

这说明，要弄清楚宇宙的构成必须回答三组难度递增的问题。第一，普通的暗物质是什么构成的，它存在于何处？对于这个问题，天体物理学家通过测量由巨大空间物体所引起的光的弯曲，已经给出了答案。第二，外在的暗物质是什么？对此，科学家也已有了某些概念，如果一切顺利的话，一种深埋在地下的暗物质捕捉器或高能粒子撞击器将在今后10年内发现一种新的粒子形态。第三，暗能量是什么？这个问题，or年前甚至没有人提出过，今天似乎要比任何其他尚未观察到的现象更超越了现有物理学的范围。

迄今对超新星和宇宙背景辐射所做的最精确的测量以及对引力摄影的有计划的观察，将提供有关暗能量的“状态方程式”的信息。但此时此刻，物理学中最大的难题还是暗能量的性质——这个问题一旦有了答案，可能最为光彩夺目。