暗物質
在宇宙中是否還存在不發(fā)光物質、不發(fā)光的天體？這似乎是不成問題的問題。例如，在太陽的周圍有9大行星，有月亮這類的衛(wèi)星。這些行星或衛(wèi)星自身并不發(fā)光，它們僅能反射光。其實，所謂發(fā)光物質只不過是這種暫時不發(fā)光的物質處在高溫、高壓環(huán)境的狀態(tài)而已。所以，在宇宙中是否存在不發(fā)光物質的問題，似乎是這些會發(fā)光物質所存在的狀態(tài)的問題，問題是它們在宇宙中所占有的比重如何？如果把宇宙中存在于不發(fā)光狀態(tài)的常見物質，如質子、中子、電子等占發(fā)光狀態(tài)的比重問題，僅僅歸結為在其他星系中是否存在著行星、衛(wèi)星等，那還不是十分重要的問題。因為9大行星加上可能的彗星，其總質量還不到太陽的1％，更為重要的是處在不發(fā)光狀態(tài)的常見物質，是否在總質量上比發(fā)光的星體多一個量級，還是他們只占微不足道的分量，或是彼此差不多，如此等等。因為這涉及天體或星系團演化的基本規(guī)律。而更為重要的問題是，宇宙中是否除質子、中子、電子等"會"發(fā)光的物質以外，還存在著在原則上就不會發(fā)光的物質，或者說，它們自身不僅不能發(fā)光，而且也不會反射、折射或散射光，亦即對各種波長的光，它們都是百分之百的透明體！它們就是神秘的暗物質。
許多宇宙論學家認為，宇宙中會有占90％以上暗物質的存在。如果宇宙中存在著那種原則上不能發(fā)光的非常見物質的暗物質，那么，宇宙中包含的暗物質的多少，就決定了或至少是影響了宇宙是封閉宇宙還是開放宇宙。所謂封閉式的宇宙，就是指現今的宇宙膨脹達到相當長的一個時間后（例如800億年），會由于萬有引力使宇宙由膨脹而收縮，這又稱為振蕩式的宇宙；如果宇宙膨脹速度超過萬有引力所引起的阻力，而無限地膨脹下去，這就稱為開放式宇宙?？梢姲滴镔|對宇宙的影響是非常大的。那么，到底有沒有暗物質呢？
盡管暴脹宇宙論對暗物質問題提出了非常有趣的假說，但從天文觀測的角度說，這一可能存在有暗物質的假說，只不過是理論學家們的推測，在天文觀測上并沒有給出堅實的基礎。但是，近來，在10米的天文望遠鏡上進一步觀測遠河外星云，測出其中的氘核和氫核的豐度的比值比過去所知的數值約大了一倍以上。從這一數值中已經可以確定在星系四周的"暈"中，必定有非常見物質形態(tài)形成的暗物質！這是和暴脹宇宙論假定無關的，而僅由天文觀測值所直接得出的結論。就是說，宇宙中存在著暗物質，已是確鑿無疑的事情。
暗物質存在與否，雖然已經得到初步證實。但暗物質將由什么樣的物質所形成？它們是什么樣的粒子或是場，或是二者的統一，仍然需要進一步的研究。宇宙論的理論認為，暗物質可能有兩種形態(tài)，一種稱為熱暗物質，即在宇宙形成物質世界時期，暗物質的候選者仍然保持其相對論性粒子狀態(tài)；另一種稱為冷暗物質，即在宇宙形成物質世界時期，暗物質的候選者已經是非相對論性的粒子。這兩者將在宇宙演化過程中起著不同的作用，但都不能沒有。如何探索、尋找和研究已被天文觀測所證實的暗物質？這是21世紀科學的又一難題。
反物質
反物質是物質的鏡像。物質由原子組成,原子又由質子、中子和電子組成。質子帶正電,電子帶...通常物質中沒有發(fā)現過反物質,即使在實驗條件下,反質子也一瞬即逝。
當你照鏡子時，看一看在鏡子中的那個你，如果那個鏡子里的家伙真的存在，并出現在你的面前，會怎么樣呢？
科學家們已經考慮過這個問題，他們把鏡子中的那個你叫做“反你”。他們甚至想象很遠的地方有一個和我們現在的世界很象的世界，或者說是我們的世界在鏡子里的像。它將是一個由反恒星、反房子、反食物等所有的反物質構成的反世界。但是反物質是什么，這一切又可能是真實的嗎？
對于“反物質是什么”這個問題，并沒有惡作劇的意味。反物質正如你所想象的樣子——是一般物質的對立面，而一般物質就是構成宇宙的主要部分。直到最近，宇宙中反物質的存在還被認為是理論上的。在1928年，英國物理學家PaulA.M.Dirac修改了愛因斯坦著名的質能方程（E=mc2）。Dirac說愛因斯坦在質能方程中并沒有考慮“m”——質量——除了正的屬性外還有負屬性。Dirac的方程（E=+或者-mc2）允許宇宙中存在反粒子。而且科學家們也已經證明了幾種反粒子的存在。這些反粒子，顧名思義，是一般物質的鏡像。每種反粒子和與它相應的粒子有相同的質量，但是電荷相反。以下是20世紀發(fā)現的一些反粒子。
正電子——帶有一個負電荷而不是帶有一個正電荷的電子。由CarlAnderson在1932年發(fā)現，正電子是反物質存在的第一個證據。反核子——帶有一個負電荷而不是通常帶有一個正電荷的核子。由研究者們在1955年的伯克利質子加速器上產生了一個反質子。
反原子——正電子和反質子組合在一起，由CERN的科學家制造出第一個反質子（CERN是歐洲核子研究中心的簡稱）。共制造了九個反氫原子，每一個的生命只有40納秒。到1998年CERN的研究者把反氫原子的產量增加到了每小時2000個。當反物質和物質相遇的時候，這些等價但是相反的粒子碰撞產生爆炸，放射出純的射線，這些射線以光速穿過爆炸點。這些產生爆炸的粒子被完全消滅，只留下其它亞原子粒子。物質和反物質相遇所產生的爆炸把兩種粒子的質量轉換成能量?？茖W家們相信這種方法產生的能量比任何其它推進方法產生的能量強的多。所以，為什么我們不能建一個物質——反物質反應機呢？建造反物質推進機的困難之處在于宇宙中反物質的缺乏。如果宇宙中存在相等數量的物質和反物質，我們將可能看到圍繞我們的這些反應。既然我們的周圍并不存在反物質，我們也不會看到物質和反物質碰撞所產生的光。
在大爆炸產生時粒子數超過反粒子數是可能的。如上所述，粒子和反粒子的碰撞把兩者都破壞掉了。并且因為開始的時候有更多的粒子存在，所以現在的粒子是所有留下來的那些。今天在我們的宇宙中可能已經沒有留下任何天然的反粒子。但是，在1977年科學家們發(fā)現在銀河系中心附近有一個可能的反物質源。如果那個地方真的存在，也意味著存在天然的反物質，所以我們將不再需要制造反物質。
但是目前，我們將不得不創(chuàng)造我們自己的反物質。幸運的是，通過使用高能粒子對撞機（也叫做離子加速器）這種技術制造反物質是可行的。離子加速器，象CERN，是沿很強的環(huán)繞的超磁場排列的一些巨大的隧道，超磁場可以使原子以接近光速的速度推進。當原子通過加速器出來時，它轟擊目標，創(chuàng)造出粒子。這些粒子中的一些就是用磁場分離的反粒子。這些高能離子加速器每年只能產生幾個毫微克的反核子。一毫微克是一克的十億分之一。所有一年之內在CERN產生的反核子只夠一個100瓦的電燈泡亮3秒鐘。如果要用反核子進行星際旅行將需要消耗幾噸才能實現。