宇宙中存在數十億個星系和數万億顆恆星，還有數不清的行星、衛星、小行星、彗星、塵埃和氣體雲，所有這些天體的構成要素是什麼？它們又從何而來？

氫是宇宙中最常見的元素，其次是氦，二者幾乎構成了所有的常規物質。然而，常規物質只佔宇宙的一小部分，大約5%。宇宙的其餘部分都是由看不見的東西構成的，只能通過間接方法進行探測。

大部分是氫

一切都始於大約138億年前的一次大爆炸，當時，溫度極高且密度極大的物質突然向四面八方迅速膨脹，幾毫秒後，中子、質子、電子、光子和其他亞原子粒子組成了新生的宇宙，它們以大約1000億開爾文的溫度不斷碰撞，做著高速運動。

元素週期表中所有已知的元素，以及宇宙中每一個天體，從黑洞到大質量恆星再到太空塵埃，都是在大爆炸期間產生的。我們甚至不知道在如此熾熱、密集的環境中是否存在適用的物理定律。

大爆炸後大約100秒，宇宙溫度下降到10億開爾文，依然在沸騰，大約38萬年後，宇宙冷卻到足夠讓質子和中子聚集在一起形成鋰、氦和氫同位素氘，而自由電子被捕獲形成中性原子。

因為在早期宇宙中有很多的質子，氫作為最輕的元素，只有一個質子和一個中子，成為最豐富的元素，佔宇宙原子的近95%。美國國家航空航天局（NASA）的研究稱，宇宙中近5%的原子是氦。在大爆炸後大約2億年時，第一顆恆星形成了，同時產生了其他的元素，這些元素只佔宇宙其餘1%的常規物質中的一小部分。

看不見的粒子

宇宙大爆炸期間還產生了另一種看不見的事物：暗物質。然而，科學家還無法說明暗物質是以什麼形式出現的，因為我們還沒有探測到這些粒子。

在宇宙學中，暗物質是無法通過電磁波觀測進行研究，即不與電磁力產生作用的物質，目前，科學家只能透過引力效應來推測宇宙中大量暗物質的存在，因此，暗物質目前還不能直接觀測到，但是我們可以從宇宙的第一束光亮，即宇宙微波背景輻射中尋找暗物質的微小波動，從中獲得相關的信息。科學家在20世紀30年代首次提出暗物質的存在，認為暗物質通過看不見的引力作用，將快速移動的星系團聚集在一起。

幾十年後的20世紀70年代，美國天文學家維拉·魯賓在研究恆星自轉速度時發現了更多暗物質存在的間接證據，她發現星系外側的速度比理論預期的快得多，因此推測可能存在相當數量的暗物質，使這部分不致因過大的離心力而脫離星系。

根據這位科學家的發現，天體物理學家計算出，暗物質——即使看不見或測量不到——應該佔宇宙的很大一部分，大約20年前，科學家發現宇宙中存在著比暗物質更奇怪的東西：暗能量。在宇宙組成中，暗能量被認為比常規物質或暗物質都要豐富得多，暗物質很可能由一種（或幾種）粒子物理標準模型以外的新粒子構成，對暗物質和暗能量的研究是現代物理學和粒子物理學的重要課題。

不可抗拒的力量

暗能量假說是對宇宙加速膨脹的解釋中最為流行的一種。暗能量的發現，源於科學家想知道宇宙是會加速膨脹，還是會減慢膨脹，甚至向內坍縮。

當研究人員進行研究時，他們發現宇宙不僅沒有向內坍縮，而且還在以前所未有的速度向外膨脹，研究人員斷定，一種未知的力量——被稱為暗能量——正在推動宇宙膨脹，並加速其動量，這些發現讓物理學家亞當·里斯、布萊恩·施密特和索爾·珀爾馬特贏得了2011年的諾貝爾物理學獎。

科學家發現，暗能量佔宇宙的70%到75%，與此同時，暗物質約佔20%到25%，而所謂的常規物質——我們實際上能看到的東西——估計只佔宇宙的不到5%。事實上，暗能量並不是真正的能量。在愛因斯坦的理論中，能量是指所有具有引力效應的事物，包括常規物質、反物質、光和暗物質，相比之下，暗能量並沒有引力效應，其導致宇宙加速膨脹的效應有時被稱為“引力排斥”，使星系彼此遠離。

2010年，科學家發現宇宙物質的72.8%為暗能量，22.7%為暗物質，4.5%為常規物質。2013年，普朗克衛星的數據是暗能量為68.3%，暗物質為26.8%，常規物質為4.9%。

考慮到暗能量約佔宇宙的四分之三，因此理解暗能量無疑是當今科學家面臨的最大挑戰，雖然暗能量在過去的宇宙演化中沒有發揮巨大的作用，但它將在未來發揮主導作用，因此，宇宙的命運取決於暗能量的性質。