當談到宇宙時，您可以輕鬆地看到的並不總是能反映所有的一切。這是理論和觀察/測量需要齊頭並進的重要原因之一：觀察可以告訴我們最好的測量能力所處的條件，而理論使我們可以將預期發生的結果與實際發生的事情進行比較看過。當它們匹配時，通常表明我們對實際發生的事情有了很好的瞭解。但是，如果它們它們做不到這一點，則表明正在發生以下兩種情況之一：要麼我們正在採用的理論規則不適用於這種情況，要麼還有其他因素導致我們的觀察結果沒有直接揭示出來。
宇宙中許多最不匹配之處——我們所觀察到的與我們僅根據所見所期望的不匹配——指向另外兩個成分：暗物質和暗能量。但它們真的能是同一枚硬幣的兩面嗎？我們通常不會將暗物質和暗能量集成在一起，但這並非完全超出可能性範圍。以下是對該問題的答案。
在宇宙中有各種各樣的謎題值得思考，但是在最大的宇宙尺度上，每個謎題本質上都是引力問題。問題是這樣的：我們認為我們知道我們的引力理論是什麼，因為愛因斯坦的廣義相對論只是一次又一次地通過測試。無論我們拋出什麼現象，這個違反直覺的理論所預測的結果都與我們觀察到的結果完美匹配。
我們所看到的質量彎曲光，其精確量是愛因斯坦的理論所預測的：從太陽系中太陽彎曲的星光，到巨大的星系、類星體和引力透鏡背景光的星系團。
我們看到的引力波具有愛因斯坦理論預測的精確頻率和振幅，可以合併黑洞並激發中子星。
愛因斯坦的成功歷程很長，從引力的紅移到慣性系拖曳（Lense-Thirring）效應，再到雙系統軌道上的黑洞的進動到引力時間的膨脹等等。從地球上的實驗到太陽系內的觀測，再到數十億光年以外的信號到達，我們都想出了對廣義相對論進行的每項測試，所有這些都表明在每種已知情況下它都是正確的。
當我們採用引力理論並將其應用於整個宇宙時，我們得到了一組方程，揭示了一個非常重要的關係。它們告訴我們，如果您知道宇宙是由什麼組成的，廣義相對論可以為您預測宇宙的行為和演化方式。您可以用您夢寐以求的東西從字面上使您的宇宙成為現實，包括正常物質、輻射和中微子等常規成分，這些成分是由標準模型中的粒子製成，再加上黑洞，引力波甚至是假設性物質諸如暗物質和暗能量之類的實體。
這些不同的成分以不同的方式影響宇宙，這很容易理解。您所要做的就是想象一下宇宙，就像它在更早、更熱、更密集，更統一時一樣，並描繪出隨着時間的推移它將如何演變。隨着時間的流逝，宇宙將膨脹，但是隨着這種情況的發生，不同種類的能量將表現出彼此不同的行為。
例如，隨着宇宙的膨脹，正常物質將變得更加稀薄：物質粒子的數量保持不變，但其佔據的體積增加，因此其密度降低。但是，這也會吸引人，這意味着密度稍高於平均水平的空間區域將比其他區域優先吸引更多的周圍物質，而密度稍低於平均水平的區域則傾向於把它們的事情交給周邊地區。隨着時間的流逝，宇宙不僅變得越來越稀，而且隨着時間的流逝，它開始首先在小尺度上生長出密集的結構，然後在更大的尺度上生長。
另一方面，隨着宇宙的膨脹，輻射不僅會變得更稀，而且會失去能量。這是因為光子的數量（例如質子，中子或電子的數量）也是固定的，因此隨着體積的增加，數量密度會下降。但是，隨着宇宙的膨脹，每個光子的能量（由其波長定義）也將減少。當任意兩點之間的距離延長時，穿過宇宙的光子的波長也會隨之增大，從而使其失去能量。
當我們觀察宇宙中的星系、星系羣和星團，甚至是形成了數十億年的巨大的宇宙網時，我們可以檢查：
所有這些觀察到的現象都是非常真實的，因為我們無處不在的例子發生在無數的物體中，而且很少有物體在當前的正常物質和引力作用之間沒有表現出這種不匹配。但是，我們有點幸運，因為只有一種成分，如果我們將其添加到宇宙中，則可以使所有這些內容恢復一致：暗物質。
如果除了正常物質之外，您還添加了以下另一種成分：
但是，還有另一個重要的證據，我們尚未討論：宇宙微波背景。如果您在炎熱的大爆炸的最早時刻開始模擬宇宙，並添加我們期望在那裏存在的成分，您會發現到宇宙膨脹和冷卻到足以形成中性原子的時候，在“大爆炸”的剩餘輝光中將出現一種與温度成比例關係的温度波動模式：輻射的熱浴池，該熱浴池目前已紅移為微波波長。
輻射本身最早是在20世紀60年代中期發現的，但要測量幾乎均勻的背景下的缺陷是一項艱鉅的任務，因為天空最熱的區域僅比最冷的區域温暖約0.01％。直到20世紀90年代，我們才真正開始使用COBE衞星來測量這些原始的宇宙缺陷，然後由威爾金森微波各向異性探測器（WMAP）和普朗克望遠鏡（Planck）再次測量。今天，我們已經測量了九個不同波長帶中整個微波天空的温度，精確到接近微開爾文（微開爾文），甚至小至0.05攝氏度。我們所擁有的數據只能只能用精緻來形容。
在上圖中，您看到的這種波動模式對您的宇宙非常敏感。各個波峯和波谷的大小和位置告訴我們宇宙中的事物，並且還排除了與數據不一致的宇宙模型。例如，如果您僅使用正常物質和輻射來模擬一個宇宙，那麼您只會得到我們看到的峯和谷的一半左右，再加上峯的角度範圍太小，加上温度波動為幅度要大得多。對於這組觀察，需要暗物質。
但是，除了暗物質，還需要其他一些東西。如果您將所有已知的正常物質、暗物質、輻射、中微子等都帶入宇宙，那麼您會發現，這僅佔必須存在的全部能量的三分之一給我們這個從宇宙接收的數據集。必須存在另一種其他形式的能量，並且與暗物質或正常物質不同，它不能聚集在一起。無論這種形式的能量是什麼——並且需要使宇宙微波背景與我們的觀測結果相匹配——除暗物質外，它還必須存在。
暗物質和暗能量的行為截然不同，但是它們在任何已知的直接檢測方法都看不見的意義上都是“暗”的。我們可以看到它們的間接影響——對於暗物質，對宇宙形成的結構有影響。關於暗能量，關於宇宙如何膨脹以及宇宙中的輻射如何演化，但是它們的行為截然不同。最大的區別是：
您總是可以創建暗物質和暗能量的“統一模型”，許多物理學家都這樣做了，但是絕對沒有令人信服的動力。如果您認為存在，則必須針對以下問題提供令人信服的答案：
“為什麼要引入一個新的，具有兩個自由參數的統一組件，而不是引入兩個獨立的組件，為什麼它更具吸引力呢？一個參數用於解釋“暗物質”效應，另一個參數用於解釋“暗能量”效應。彼此獨立發展？”
當我們根據時間的相對重要性（根據它們所佔能量密度的百分比）觀察暗物質和暗能量如何演變時，這個問題顯得尤為尖鋭。從宇宙幾萬年的歷史到大約70億年的歷史，暗物質約佔宇宙能量密度的80％。在過去的約60億年中，暗能量已成為宇宙膨脹的主導力量，目前約佔宇宙能源總量的70％。
隨着時間的流逝，暗能量將變得越來越重要，而包括暗物質在內的所有其他形式的能量將變得微不足道。如果暗物質和暗能量以某種方式相互關聯，那麼鑑於我們對自然的當前理解，這種關係是微妙的，對物理學家而言並不明顯。對於暗物質，您必須添加一種會結塊但不會碰撞或施加壓力的其他成分。對於暗能量，該成分不會結塊或碰撞，但會施加壓力。
它們有關係嗎？ 我們不能肯定地説。在我們有證據表明這兩件事實際上某種程度上相關之前，我們必須採取保守的方法。暗物質形成並結合了最大的結合結構，但暗能量將這些單個結構推開。後者是如此成功，以至於在1000億年左右的時間裏，我們可見的宇宙所剩下的只是銀河系的本地羣。除此之外，只有一片空虛的虛無，沒有其他星系在數萬億光年的情況下可見。