在19世纪与20世纪之交，坚不可摧的经典物理学大厦已经构建起来。然而，还有两朵“乌云”笼罩在这上空，这令当时的一些物理学家惴惴不安，谁也没有想到最终会引发物理学史上最大的一场变革。

一朵“乌云”是紫外灾变，黑体辐射能量呈现出不连续性，最终从中诞生了量子力学。第二朵“乌云”是迈克耳逊-莫雷实验结果，表明光速的大小与参照系选择无关，以太和绝对空间并不存在，最终从中诞生了相对论。

两朵“乌云”让经典物理学大厦轰然倒塌，新的物理学体系构建起来。此后，量子力学和相对论快速发展，它们成为了现代物理学的基石，并且引领着现代科技的发展。

而在现代宇宙学之上，也笼罩着两朵令人不安的“乌云”——暗物质和暗能量，它们又会掀起一场新的物理学变革吗？

宇宙中所能直接观测到的物质都是由原子构成的，但它们只占宇宙质能总量的5%。另外94%都是神秘的暗物质和暗能量，其中暗物质占25%，暗能量占69%。既然暗物质和暗能量都无法直接探测到，为什么天文学家会认为它们在宇宙中大量存在呢？

暗物质

宇宙中的天体运动都是遵循引力定律，以太阳系为例子，地球以及其他行星与太阳的引力作用反比于距离平方，距离太阳越远的行星，所受引力越弱，环绕太阳运动的速度也就越慢。

虽然银河系没有一个能够主宰所有恒星运动的中心天体（银心超大质量黑洞并不是），但银河系中所有物质产生的引力，会在银心形成一个共同的引力中心，使得所有恒星都绕着该中心运动。

就像太阳系那样，距离银心越远，恒星的绕行速度应该越慢。然而，天文学家却观测到理论预言外的现象。恒星的轨道速度并没有随着距离的增加而显著下降，银盘边缘和靠里的恒星绕行速度相差不大。

如果银河系中只有普通物质，那么，银盘边缘的恒星不能以这么快的速度运动，否则它们早就脱离银河系。于是，天文学家推测，银河系中还有远多于普通物质的暗物质，它们能够产生巨大的引力作用，从而来维持银河系结构的完整。

暗能量

20世纪初，哈勃观测到，宇宙中的所有遥远星系都在远离银河系，这表明宇宙空间正在膨胀。数十年后，天文学家进一步发现，过去的空间膨胀速率要慢于现在，这意味着空间正在加速膨胀。

空间膨胀速度在加快，天文学家认为这背后有一种神秘的暗能量在驱使。这种能量存在于宇宙空间的各个角落，它们能够产生排斥引力的负压效应，导致空间结构在加速扩张。

虽然有很多间接证据表明暗物质和暗能量存在，但天文学家至今没有直接探测到。也许暗物质和暗能量压根就是不存在的，只是人类的引力理论有缺陷，无法准确描述观测到的现象，只能归咎于暗物质和暗能量。如果未来能够出现超越广义相对论的引力理论，暗物质和暗能量之谜都有望迎刃而解。

假设宇宙是有限的，暗能量（斥力）应该是宇宙的第五种作用力，随空间膨胀而衰减（与引力一样，遵循能量守恒定律，随距离增加而减少，但总量不变）。宇宙膨胀是观察事实，且加速膨胀（斥力大于引力），但膨胀增速必然下降。达到临界点时（斥力=引力），宇宙停止膨胀。当斥力小于引力时，宇宙开始收缩。当宇宙收缩至极小的空间时（微观尺度），斥力作用忽略，物质状态表现为引力与弱力、强力的相对作用。当引力最终大于强力时，宇宙坍塌，世界重新变为奇点。