科学家们认为，暗物质中有少量是所谓的重子物质，如极暗的褐矮星，质量为木星30~80倍的大行星，恒星残骸、小黑洞、星系际物质等。它们与可见物质一样，虽然也是由质子、中子和电子等组成的物质，但很难用一般光学望远镜观测到它们。相对而言，绝大部分暗物质是非重子物质，它们都是些具有特异性能的、质量很小的基本粒子，如中微子、轴子及探讨中的引力微子、希格斯微子、光微子等。
怎样才能探测到这些暗物质呢？科学家做了许多努力。对于重子暗物质，他们重点探测存在于星系晕中的暗天体，它们被叫做大质量致密晕天体。1993年，由美澳等国天文学家组成的三个天文研究小组开始了寻找致密晕天体的研究工作。截至1996年，他们报告说已找到7个这样的天体。它们的质量从1/10个太阳质量到1个太阳质量不等。有的天文学家认为这些天体可能是白矮星、红矮星、褐矮星、木星大小的天体、中子星以及小黑洞，也有人认为银河系中50%的暗物质可能是核燃料耗尽的死星。
关于非重子物质，人们现在尚未观测到这些幽灵般的粒子存在的证据。
近年来对中微子质量的测量取得了一些新结果。1994年美国物理学家怀特领导的物理学小组测量出中微子质量在0.5~5电子伏（1电子伏等1.7827X10-36千克)，在每一立方米的空间中约有350亿个中微子。如果是这样的话，那么宇宙中全部中微子的总质量要比所有已知星系质量的总和还要大。
到目前为止，宇宙中暗物质的问题仍是未解之谜。
宇宙中的“反物质”
我们都知道，目前人类观测到的世界是由物质构成的，而物质又是由原子构成的。原子的中心是原子核，原子核是由质子和中子组成的，电子在围绕原子转。原子核里的质子带正电荷，电子带负电荷，它们携带的电量相等。从它们的质量比较上看，质子是电子的1840倍，形成了强烈的不对称性。因此，20世纪初有一些科学家就提出疑问，两者相差这么悬殊，会不会存在另外一种粒子，这种粒子与基本粒子电量相等而电荷相反？
1978年8月，欧洲一些物理学家成功地分离了300个反质子并储存了长达85个小时。1978年，美国新墨西哥州州立大学的科学家把一个有60层楼高的巨大氢气球放到离地面35千米的高空，气球飞行了8个小时后，他们宣布捕获了28个反质子。从此，人们开始相信，每种粒子都有相应的反粒子。目前，科学家利用高能加速器已制造出了反核和反核。
既然有反粒子的存在，人们很自然地联想到反氢分子、反元素、反，反物质世界。有人进一步提出假说：宇宙是由等量的物质和反物质构成的。
如果真有反物质世界，目卩么，它只有不与物质会合才能存在。可物质和反物质怎样才能不会合呢？怎样才能判断出宇宙中哪些天体是物质，哪些是反物质呢？为什么我们所知道的世界中反物质会这么少？这些都是留待人们去解开的谜团。
宇宙的尽头在哪儿
宇宙是无限的吗？如何理解这种无限呢？宇宙是有限的吗？那么宇宙的尽头又在哪里呢？类似这种问题长久以来一直困扰着人类。随着科学的发展，人类认识宇宙的范围越来越大，那么现在我们是否能够找到宇宙的尽头呢？科学家们都在进行着各自的探索。
当观测天体的时候，人们发现它的谱线不是在标准波长的位置上。所有谱线的波长都加长了，这表明谱线向红端移动，这种现象叫做谱线红移，它是由多普勒效应引起的。当天体或观测者运动时，天体发出的光和电波的波长就会发生。天向着观测运动，B：不断缩短，波长就会变短；天体背离观测者运动，距离不断加长，就会观测到波长加长的现象。天体谱线红移表明天体背离我们向远方运动。
如果我们用“Z”表示红移的程度，目卩么在地球上观测时，红移为“Z”的天体发出的光和电波波长就变成原波长的倍。例如在红移为4的天体中，氢原子发出的波长为1216埃的紫外线，而在地球上观测到的波长却是6080埃的红光，变成了眼睛可以观察到的可见光了。
按照多普勒效应，背离速度越大，红移也就越大。于是就可以根据红移求出天体离开我门的速度。
如果用光谱分析法分析来自天体的光，就能够检出氢(氧、碳等原子发出的特定的、经过红移之后的波长。由此可以计算出这些特定波长发生红移的程度。按照多普勒效应，天体红移意味着宇宙在膨胀，广义相对论的引力场方程也有“膨胀的宇宙学”的解，于是形成了“宇宙膨胀论”。还有一些人提出了其他形式的宇宙论，如“稳恒态宇宙论”等。这些宇宙论也都主张宇宙膨胀。采用把红移换算成距离的方法，求得天体到地球的距离，随着所采用的宇宙模型不同而各不相同。
确定了宇宙模型，还应当利用观测求出用哈勃常数表示的现在宇宙膨胀速度和用“减速参量”表示的宇宙膨胀减速率。按照宇宙诞生之后就急速膨胀的宇宙模型，假定哈勃常数为50千米/100万秒差距（1秒差距约为3.26光年），“减速参量”为0.5，可以计算出宇宙的年龄为130亿年，即地球到宇宙的“尽头”的距离从理论上来说应是130亿光年。
1988年8月美国约翰斯·霍普金斯大学的钱伯斯和宇宙望远镜科学研究所的乔治斯·麦里发现了编号为4G41.17的天体，随后美国基特山顶的国立天文台对它进行了摄影和光谱观测。
对氢原子和碳原子发射光谱测定的结果表明4G41.17就是红移为3.8的天体，根据前面的模型，这天离地是11年。以0902+34的天离地最近，它到地球的距离是115亿光年。专家们认为4G41.17便是目前所能够的宇宙的难以想象的天文C二“尽头”。
此外，还要考虑到光和电波以每秒约30万千米的速度传播。离地球117亿光年的4G41.17发出的光和电波经过了117亿年才达到地球。因此我们看到的是117亿年前的4G41.17的雄姿。这样我们不仅观测到了“远方的宇宙”，而且也观测到了“昔日的宇宙”。
钱伯斯的观测清楚地表明了，在宇宙诞生13亿年后就有星系形成了。
在宇宙中被称为“黑暗物质”的粒子是很多的，它们占据了宇宙质量的绝大部分。质子和中子等重子统称为基本粒子，在“黑暗物质”密度非常高的地方凝缩起来就形成了星系。这就是星系形成的“背景模型”。根据“背景模型”，宇宙诞生13亿年之后，就有星系形成了。数年前人们观测到了红移为0.5(距地球60亿光年的星系，为了寻找更远的天体，人们又建立了多台直径为4米的大型望远镜，接着又开发了红外线摄像机和CCD(电荷耦合器件）摄像机等新技术。这为发现新的、距地球更远的星系提供了可能性。红移为7，也就是距地球大约125亿光年的星系很可能在不久的将来被观测到。如果发现了那样的星系，就说明宇宙诞生后仅5亿年，星系就形成了。
然而经过各种努力，仍然不能发现比120亿年更早形成的星系，也是宇宙诞生10年生的大量“宇宙尘”使人们无法看见已经形成的星系。
无论如何，人们总是想找到宇宙的“尽头”。随着观测技术进一步提高，观测比4G41.17更远的天体，精密地求出其气体的化学组成将成为可能。这为进一步了解这些天体的形成过程创造了条件，从而也就可以更准确地推算出宇宙的年龄和宇宙早期形成的情况。也许终有一天，人们将找到真正的宇宙的“尽头”！
宇宙中的不明冷暗物质
一个由来自中国科学院高能物理研究所、清华大学中国原子能研究院等9家单位近25名专家组成的合作小组已经成立，他们将在我国开展一项目前世界天体与粒子物理及宇宙科学界高度重视的最热门的课题研究：追踪一种可能是宇宙早期爆炸后遗留至今的弱作用重粒子一超对称粒子。
曾任该项目合作组中方首席科学家、中国科学院高能物理研究所研究员戴长江说：“一旦经过科学的重复证实这种弱作用重粒子确实存在，将极大地支持超对称粒子模型。不管最终结果如何，对这种新粒子的寻找对于粒子物理、天体物理及宇宙学的发展者卩具有重大的科学意义。”
冷暗物质之谜
从原子物理到原子核物理，再到今天的粒子物理，物理学的日臻完善已经能够很好地解释许多诸如复杂的天体运动本质的自然现象。宇宙学模型认为，宇宙大爆炸后经历了超高能、高能、低能过程，对应的物理规律也符合大统一、弱电统一和量子色动力学，宇宙大爆炸及其演化所产生的粒子均遵循这些规律。
然而，在宇宙中还可能存在着一些弱作用冷暗物质粒子，它们的形成及运动规律是现有粒子物理模型所不能解释的，于是科学家们又提出了超对称粒子物。
现代天文观测和爆炸宇宙论的研究表明，宇宙中的物质绝大多数是暗物质，而暗物质中大多数是由冷暗物质粒子组成的非重子暗物质，现在普遍的看法认为，这种冷暗物质粒子在宇宙中的含量超过20%。
戴长江研究员介绍说，尽管目前实验室还不能对这种新物理模型假说提供有力的证据，但超对称粒子物理模型能很好地解释某些宇宙现象是毋庸置疑的，例如，宇宙螺旋星系中星云旋转速度几乎不随星云盘径向的距离改变以及在星系空间气体辐射的X射线观测中发现的气体平均速度大于其逃逸速度都能从中得到解释。
自1985年以来，宇宙中暗物质的研究已成为天体物理、粒子物理和宇宙学的交叉热点，其中对冷暗物质粒子一超对称粒子的观测研究是当今非加速器物理实验最热门的课题之一。
冷暗物质之争
美国、法国、日本等科技大国的物理学家正在夜以继日地观测研究宇宙冷暗物质，如西欧核子中心（LSC)正在建造一个大型超高能粒子加速器，以捕捉和观测宇宙中可能存在的超对称粒子。
与此同时，一个目标相同但采取自然观测以降氏实验成本的科研小组在经过600天的观测后，已经得到了能够证实超对称粒子确实存在的初步证据，这个科研小组由意大利罗马大学牵头，中国科学院高能物理研究所由于在实验方法技巧、数据系统处理、电子插件研制等方面具有优势1992年在法籍华人陶嘉琳女士的促成下成为重要合作单位之。
该科研小组研制了100千克放射性很低的碘化钠晶体阵列用于在自然界直接寻找相互作用极弱的超对称粒子。为了防止宇宙线的干扰，他们将实验设备安装在意大利格朗萨索国家实验室中，这个实验室位于岩层厚度达1000米的阿尔卑斯山脉下的一个山洞中，可以很好地屏蔽宇宙线。
在对1996-1999年累计达600天的有效实验数据进行分析后，该实验小组获得了3个周期的年调制效应，显着性近4倍标准偏差，种种迹象表明，宇宙中可能存在超对称粒子。他们甚至还估计出了这种超对称粒子的质量和流强上限。
正如美国南卡罗来纳大学的物理学家弗兰克·阿维尼奥内所评说的：“如果这一发现属实，目卩么它无疑是具有诺贝尔奖水平的。”当意中科研小组对外公开他们的发现时，在科学界引起了轩然大。
目前，美国斯坦福大学的物理学家们对外宣称，他们也进行了一项捕获宇宙中弱作用重粒子的实验，“但结果可能与意中科研小组的研究成果相抵触”。在随后举行的第四届宇宙暗物质来源及探测国际研讨会上，意大利罗马大学的科学家代表驳斥了斯坦福大学的结论，认为“两项实验之间存在的实质性区别以及弱作用重粒子的未知属性可能意味着我们也许最终会发现两项实验的结果都是正确的”。
冷暗物质之梦
戴长江研究员这样描述这种未知的超对称粒子：质量至少是质子的50倍，由于和其他物质发生相互作用的概率很低，能够几乎不留痕迹地经过其他物质。
他说：“我们现在要和时间赛跑，和世界上众多的科研机构竞争，一旦证实宇宙中真的存在这种用常规方法观测不到的冷暗物质粒子，对爆炸宇宙学模型和超对称粒子物理模型将是一个强烈的支持，也就把我们对客观规律的认识大大向前推进了一步”。
由于这种冷暗物质粒子具有弱作用的特性，因此要在实验室里记录和捕捉它极其困难。戴长江研究员介绍说，目前，科学界一般用两种方法来探测它，一是间接法，采用地下大型的中微子探测器或空间磁谱仪等规模大、接收度高的设备，通过探测正反超对称粒子湮灭所产生的次级粒子来确认，但此法由于中间过程多，待定参数也多，较难获得准确的观测结果；二是直接法，即直接探测超对称粒子经过实验晶体阵列时留下的极其微弱的作用，此法由于成功的概率很低，因此需要研制相当规模的高灵敏度的探测系统和开发相应的实验技术方法。
据了解，目前意中科研小组已将用于记录超对称粒子弱作用的碘化钠晶体阵列由100千克扩大为250千克，仍由两国合作继续日夜不停地观测。
揭秘宇宙的黑洞
晴朗的夜晚人们常常遥望星空，那些亮晶晶的小星星看起来没有什么个性，它们存在的唯一证明只是它们的光亮。然而还有不发出亮光的星体，它们存在的意义更为重大。
美国宇航局曾经发射了高能的天文观测系统，以研究太空中看不见的光线。
在发回的X射线宇宙照片中，最惊人的一幕是那些从前被认为“消失”了的星体依日放出强烈的宇宙射线，远甚于太阳这样的恒星体。这证明了长久以来一个怪异的设想：宇宙中存在着看不见的“黑洞”。
黑洞的性质不能用常规的观念思考，但是它的原理中学生都能接受。黑洞形成的必要条件就是：一个巨大的物体，集中在一个极小的范围。晚期的恒星恰巧具备了这个条件。当恒星能量衰竭时，高温的火焰不能抵消自身重力，逐渐向内聚合，原子收缩一牛顿法则起作用了：恒星进人白矮星阶段，体积变小，亮度惊人。白矮星进一步内聚，最后突然变成一个点，整个过程不到一秒钟。在我们看来便是，恒星消失了，一个黑洞诞生了。
