最后更新：2025年8月1日

失踪质量的谜团：暗物质与暗能量

95%不可见物质与能量之谜

当我们观测星系、星系团或宇宙微波背景时，宇宙学家们清楚一点：仅凭引力定律不足以解释这些观测现象。然而，构成恒星、行星以及我们自身的可见物质仅占宇宙的4.9%。其余95.1%由两种不可见的神秘存在构成：暗物质和暗能量。

来源：欧空局普朗克任务，2018年成果。

根据星系旋转和星系团动力学推断，暗物质约占宇宙总能量的26.8%。它既不发光，也不吸收或反射光线，其存在仅通过引力效应暴露，例如恒星速度随距星系中心距离增加而异常缓慢下降的现象。目前已有多种假说被提出：大质量中微子、轴子、弱相互作用大质量粒子（WIMPs），但至今尚未探测到任何候选粒子。

暗物质直接探测的缺失催生了多种理论模型，从超对称粒子到引力场扩展理论。这些假说试图解释其特性：具有引力效应但无电磁作用，存在质量但不可见。

来源：Bertone & Tait (2018)、LUX-ZEPLIN合作组 (2022)、模糊暗物质综述 (2020)。

暗能量于20世纪90年代通过Ia型超新星研究间接发现，约占宇宙总质能的68.3%。它如同一种宇宙反引力，主导着宇宙膨胀的加速过程。在爱因斯坦方程中，暗能量被宇宙学常数\(\Lambda\)所描述，却与我们对量子场和真空的理解相悖。这种能量的密度似乎随时间保持恒定，使其起源成为深不可测的谜题。

暗能量是宇宙学的主要谜团之一。多种模型试图解释其对空间膨胀产生的排斥效应，或将其视为真空的内在属性，或将其视为宇宙更深层或几何动力学的表现。

模型	描述	组件（\(w\)）	实验测试
宇宙常数（\(\Lambda\)）	真空能量，恒定密度	\(w = -1\)	与普朗克、SDSS、SN Ia数据一致
精粹	具有慢势的动态标量场	\(-1 < w < -\frac{1}{3}\)	欧几里得、DESI、LSST项目
幻象能量	负能量场	\(w < -1\)	将导致大撕裂情景
k-本质	具有非标准动力学的标量场	变量，取决于动态变化	对欧几里得和LSST的预测
修正引力（f(R)、DGP…）	大尺度上广义相对论的修正	未定义 \(w\)（几何效应）	关于大尺度结构形成的测试
宇宙学反作用	引力不均匀性的涌现效应	无流体，但几何形状一般	非常难以建模，尚无共识
涌现暗能量（熵引力）	引力和加速度作为热力学现象	无经典 \(w\)	没有精确预测的思辨理论
全息模型（HDE）	暗能量源于信息密度的全息原理。	\( w \approx -1 \)，取决于宇宙学半径	对宇宙微波背景辐射、结构形成以及即将开展的LSST（大型综合巡天望远镜）的测试
暗向量场	负责加速膨胀的动态向量	\( w(t) \) 变量随场变化	各向异性扩散背景的可测试模型
延迟互动理论	物质对时空几何的影响并非瞬时发生	无流体、无记忆、无延迟效应的普通物质	推测性假说，难以通过实验验证