既然暗物质无法观测，那么科学家如何知道它的存在？

自从20世纪60年代后期维拉·鲁宾和肯特·福特发现星系并不是不按照它们应有的方式运行，之后科学家们就一直在寻找这种行为背后的神秘物质。理论上这种的物质叫做暗物质，虽然望远镜是看不见的，但它有质量，这意味着它可以通过引力来显示它的力量。当然，这些都是基于理论上的。有些人甚至会说，这有点太方便了，就好像科学家们只是想出了一种神奇的物质，使数学起作用。既然暗物质无法观测，那么科学家是如何知道暗物质是真的存在？

在北卡罗来纳州立大学学习暗物质的理论天体物理学家凯蒂·麦克说：“人们经常问这个问题。”很多人猜测也许暗物质只是一个理论上假象的东西。但对天体物理学家来说，暗物质远不止于此。如果我们回到高中物理课，我们可能会记得，物质的质量越大，引力就越大。如果星系仅仅是由我们所能看到的东西组成的，那么引力就不会保持在一起，结果是恒星在稀疏的外边缘轨道上和中心的速度一样快。事实上，科学家们认为，正常物质占宇宙质量的5%甚至更少。而暗物质则占比高达27%（其余的是一种神秘的力量，称为暗能量）。

我们也可以在时空的扭曲中看到它的质量。根据爱因斯坦的广义相对论，物质曲线的时空结构的方式类似于保龄球曲线的结构蹦床。当光向那条曲线行进时，它就不会直线移动。相反，它跟随曲线，在大物体周围弯曲，然后继续它的路径。时空的扭曲变成了一种宇宙放大镜，这种现象被称为引力透镜。但是星系或星系团产生的引力透镜太大了，我们看不到这个问题。这种效应是暗物质存在的另一条证据。我们甚至可以看到宇宙微波背景中的意想不到的模式，从我们宇宙诞生时遗留下来的光，这就指向了暗物质的存在。

我们看到的宇宙模式显示，必须有一些东西在宇宙早期把物质联系一起。所有的迹象都表明，这并不是说科学家从来没有试图找到暗物质的替代品。而不是执着的研究暗物质，也许引力在宇宙中的任何地方都没有同样的行为。研究人员试图调整引力，使星系的自转不同于爱因斯坦的理论，但随后我们所做的其他观测与现实并不匹配。麦克说暗物质是我们最有可能的解释。科学家并不知道它究竟是什么，为什么它能够打破广义相对论。所有的不可预测的引力指向一种不同于其他物质的暗物质。我们虽然不能直接看到它，但有这么多的证据表明，它确实是存在的，而且研究它有更多的意义。