假设你想确定一个房子的质量和里面的东西。你拿起房子，把它放在一个巨大的规模上。为了便于讨论，我们假设，你测量质量为10万磅(45359公斤)。现在假设你想看看房子里的每一件物品对总质量的贡献。你一次只取出一件东西，把它放在秤上。你甚至可以消除所有的空气来测量它的质量。现在我们假设每个物体的质量，包括地板、墙壁和屋顶，加起来是5000磅(2268公斤)。你会怎么想?你如何解释质量上的差异?你是否会得出这样的结论:一定有某种看不见的物质在房子里使结构变得更重?
在过去的40年里，这正是天文学家们在试图确定宇宙的组成部分时所面临的困境。在那之前，他们认为宇宙包含普通物质——你可以看到的东西。纵观整个宇宙，这类事情似乎是显而易见的。有数十亿的星系每一个都装满了数十亿的星星．在这些恒星周围，行星和它们的卫星沿着椭圆形轨道运行。在这些巨大的球形天体之间是形状不规则的物体，大小从巨大的小行星到岩石大小的流星体，再到小于一粒尘埃的微小粒子。天文学家把这些东西归类为重子，他们(和我们)知道它最基本的单位是原子它本身是由更小的亚原子粒子组成的，比如质子、中子和电子。(为了简单起见，我们将把轻子和夸克排除在外。)
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从20世纪70年代开始，天文学家开始收集证据，使他们怀疑宇宙中有比我们看到的更多的东西。当科学家们试图确定星系的质量时，一个最大的线索出现了。他们通过测量绕星系外围运行的云的加速度来做到这一点，这使他们能够计算出产生这种加速度所需的质量。他们的发现令人惊讶:星系云的轨道加速度背后的质量是你能看到的遍布星系的物质——恒星和气体的质量的五倍。他们得出的结论是，一定有某种看不见的物质围绕着星系并将其凝聚在一起。他们称这种物质为暗物质这个词最早是由瑞士天文学家弗里茨·兹威基在20世纪30年代使用的。
20年后，科学家们注意到这一点Ia型超新星这些垂死的恒星都有相同的固有亮度，它们离我们的星系的距离比它们应该离的要远。为了解释这一观察结果，他们认为宇宙的膨胀实际上是在加速的。这令人费解，因为暗物质固有的引力应该足够强大，足以阻止这种膨胀。是其他物质，某种具有反重力效应的物质，导致了宇宙的快速膨胀吗?天文学家相信是这样的，他们称之为这种物质暗能量．
十年来，宇宙学家和理论物理学家一直在争论暗物质和暗能量的存在。然后，在2001年6月，NASA发射了威尔金森微波各向异性探测器,或威尔金森微波各向异性探测器．这艘飞船上的仪器拍摄了宇宙微波背景——宇宙大爆炸遗留下来的残留辐射——最详细的照片。这使得天文学家能够非常精确地测量宇宙的密度和组成。WMAP的结论是:重子物质只占宇宙的4.6%。暗物质只占23%。而暗能量则占据了剩下的部分——高达72%。美国国家航空航天局/威尔金森微波各向异性探测器]！
当然，测量宇宙各组成部分的相对比例只是个开始。现在，科学家们希望找出暗物质可能存在的候选者。他们认为褐矮星是一个可能的候选人。这些类恒星物体并不发光，但它们强烈的引力影响着附近的物体，为它们的存在和位置提供了线索。超大质量黑洞也可以解释宇宙中的暗物质。天文学家推测，这些宇宙天坑可能在遥远的地方提供能量类星体而且可能比想象的要丰富得多。最后，暗物质可能由一种尚未被描述的粒子组成。这些微小的物质可能存在于原子深处的某个地方，并可能在世界上的超级对撞机(如大型强子对撞机)中被识别出来。
解决这个谜题仍然是科学的首要任务之一。在解决方案出现之前，我们必须接受这样一个谦卑的想法:多年来我们一直试图衡量的房子比我们预期的更重，更令人不安，超出我们的理解。
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