暗物质这个概念是怎么来的呢？这要从一个方程讲起。

我们可以把它称作宇宙的定律，它的名字叫「爱因斯坦场方程」，它有另外一个名字叫「广义相对论场方程」，它还有一个低配版本，就是「牛顿万有引力定律」，想必知道的人可能会更多一点。

这个方程描述的是宇宙中的物质彼此之间的引力关系，但是在天文观测中，我们很多时候发现这个方程好像有不成立的情况。

暗物质就是从这样的一些反常的现象中发现的。

人类如何发现暗物质可能存在？

在爱因斯坦还没有出生的时候，人们用牛顿定律来理解天体运动。

当时，大家只知道太阳系有七大行星，从里到外依次是水星、金星、地球、火星、木星、土星和天王星。它们都在引力作用下绕着太阳运行。

通过牛顿万有引力定律，人们可以准确地计算出每一颗行星的运行轨迹，可以预期这颗行星今天应该出现在什么位置，明天应该出现在什么位置。不光是太阳对它们的影响，甚至行星之间的相互作用和运行规律我们都能很好地掌握，计算结果与观测结果都能对得上。

唯独最外围的天王星是个例外，它的运动始终体现出那么一些不规律性，人们预期它应该在某个位置，事实上它总是会偏一点，让人非常困惑。

1843年到1846年间，两位年轻的天文学家，英国的亚当斯（John Couch Adams）和法国的勒维耶（Urbain Jean Joseph Le Verrier），他们分别通过万有引力定律推算出在天王星之外还有一颗不为人知的行星，正是它影响了天王星的运动。

1846年，德国的天文学家伽勒（Galle Johann Gottfried）用望远镜在亚当斯和勒维耶预测的天区发现了这颗行星，也就是后来为人所知的海王星。

这个事情给我们一个什么启发呢？就是说，如果你发现已有的定律什么地方不太对劲，那么这很可能意味着，在某些地方存在某些不为人知的东西。

这个现象，持续困扰着学界。

到了1930年，瑞士的天文学家兹威基（Fritz Zwicky）在观察星系团（由相互之间有一定力学联系的若干个星系集聚在一起组成的星系集团）的时候发现了一个奇怪的现象，有些星系的运动速度远远超过了它所在的星系团本身的逃逸速度。

逃逸速度是一个什么概念？大家知道，当我们发射的火箭和宇宙飞船达到之一宇宙速度的时候，它们就能绕着地球做匀速圆周运动，如果这个速度更快，达到所谓的第二宇宙速度，那么飞船或者火箭就能脱离地球引力，飞离地球，这就是逃逸速度。

之所以说兹威基发现的这个现象非常不可思议，是因为按照原有的认知，这个星系团早就应该分崩离析了。于是他提出了一个大胆的猜测，认为这个星系团里面很可能存在一些我们还看不到的物质，它们提供了额外的引力把这些星系牵制住，使得它们不会跑掉。

这是暗物质存在的一个强有力的证据，兹威基现在也是公认的暗物质研究先驱。

1970年左右，人们又发现了另外一个现象，即星系外围物质的运动规律与星系旋转曲线相悖。星系旋转曲线，是指星系中不同位置的天体绕星系中心运动的速度遵循「越靠近太阳，速度越快，越远离太阳，速度越慢」的规律。我们可以根据万有引力定律推算出星系在不同位置的预期速度。

但现实如图所示，我们看到绿色的点越往外速度越快，跟我们的经验完全背道而驰。

这个现象再次指向了此前的猜测——在星系的黑暗区域，很可能存在着大量物质，提供了某种引力，加快了其它天体的运动速度。迄今为止，类似的证据不胜枚举。有人可能心里会犯嘀咕：会不会是爱因斯坦的方程出问题了呢？

这种可能性是完全存在的。爱因斯坦的理论显然不应该是宇宙的终极理论，未来，我们有可能会超越爱因斯坦。在我们对这个问题的研究过程中，有两个值得注意的地方：

之一，我们对爱因斯坦的广义相对论已经做了很充分的检验，在我们力所能及的范围之内，爱因斯坦的理论是精确成立的；

第二，有一些学者也在试图修改爱因斯坦的理论，但事实上很困难，他们所做的修改往往只能够解决某些问题，放到另外的问题上就又说不通了，需要做另外的修改，也就是说，至今未有突破。

这两点告诉我们：如果宇宙中确实存在暗物质，哪怕现在看起来不那么好理解，那么我们这个宇宙反而是更容易理解的。

甚至，暗物质更好是存在的。它的存在对我们来说很关键，因为它可以加速星系的形成。如果宇宙中没有暗物质，就没有银河系，没有太阳系，也就没有我们人类自身。所以说，某种程度上我们也得感谢暗物质，给了我们存在的机会。

暗物质是怎样的一种存在？

既然我们相信暗物质的存在，或者说希望它存在，那么它到底是什么样的东西呢？目前，我们对暗物质的理论定义是：通过天文观测推断出来的可能存在于宇宙中的一种不可见物质。这就是把它叫做「暗物质」的原因。

这个动画展示计算机模拟出来的暗物质在宇宙中的分布状况，我们的银河系大概就相当于画面中的一个小点，由此可见宇宙有多么宏大多么壮观！

那么暗物质在其中的占比是多少呢？从能量的角度看，占了68%；从物质的角度看，占了27%；而我们所熟悉的那些普通物质，只有5%。概括地来说，暗物质在宇宙中处于一种稀疏、不均匀分布的状态，在亚星系尺度上有一些团状结构。

理论上说，地球附近包括我们周围也应该有暗物质。根据天文学家的测量，一个立方厘米，就是我们一个手指头这么大的空间里面，暗物质的质量大概等同0.3个氢原子，如果我们把整个地球的暗物质收集起来，总共不到一公斤，所以暗物质对我们的生活几乎没有任何影响。

普通物质是由各种各样的粒子构成的，如果暗物质存在的话，那它可能是什么样的粒子呢？

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