20世紀(jì)30年代，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)能夠觀測(cè)到的物質(zhì)并不足以維持星系的穩(wěn)定運(yùn)行，他們相信在目前我們能夠探索的物質(zhì)之外，還可能存在著一種我們看不見的物質(zhì)：暗物質(zhì)。

它不屬于已知的任何物質(zhì)，獨(dú)立于人類的認(rèn)知體系之外，這聽起來(lái)似乎有些天方夜譚，但諸多證據(jù)表明，暗物質(zhì)不僅存在，而且數(shù)量要遠(yuǎn)超于可見物質(zhì)。

我們看到的日月星辰以及世界萬(wàn)物都來(lái)自于可見光的反射，光屬于電磁波的一種，除了人類可見的光波之外，還有很多不可見的波段，而宇宙中所有已知的物質(zhì)都會(huì)向外輻射熱量，所以那些不可見的波段則可以通過(guò)熱量進(jìn)行探測(cè)，通過(guò)紅外波段展現(xiàn)出來(lái)。

暗物質(zhì)則不一樣，它既沒有反射可見光，也不會(huì)散發(fā)熱量，這意味著暗物質(zhì)沒有電磁相互作用力和強(qiáng)互作用力，而這兩種力又是人類已知粒子中必須存在的基本力，因此暗物質(zhì)絕不是我們熟悉的任何一種粒子，在現(xiàn)有的技術(shù)下沒有任何辦法對(duì)它進(jìn)行觀測(cè)。

對(duì)于這樣一種完全不能觀測(cè)的粒子，科學(xué)家又是如何確定它真的存在呢？

這就要從宇宙最基本的秩序說(shuō)起

盡管宇宙浩瀚而廣闊，有著難以計(jì)數(shù)的恒星和行星，但它們的運(yùn)行并不是一團(tuán)亂麻，而是有著完整的秩序和規(guī)律在其中，行星和恒星組成恒星系，其中恒星的質(zhì)量占據(jù)恒星系的絕大部分，所以行星會(huì)圍繞恒星公轉(zhuǎn)，而整個(gè)恒星系又以同樣的原理圍繞著星系，一層一層構(gòu)建起了規(guī)律的宇宙。

其中維持規(guī)律的就是引力和離心力，恒星的質(zhì)量較大，在自身的引力下會(huì)把行星拉向自己的引力中心，如果放任引力不管，恒星最終會(huì)與行星相撞，這時(shí)就需要離心力來(lái)維持平衡，行星在圍繞恒星做公轉(zhuǎn)時(shí)，就產(chǎn)生了一個(gè)和恒星引力方向相反的離心力。

直至離心力和行星受到的引力持平時(shí)，行星就擁有了一個(gè)穩(wěn)定的公轉(zhuǎn)軌道，假如沒有強(qiáng)大的外力干預(yù)，這樣的平衡會(huì)難打破。

在更大尺度的星系上，恒星系和星系的關(guān)系就像行星和恒星，恒星系會(huì)圍繞著星系中心的超大質(zhì)量黑洞做公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，理論上來(lái)說(shuō)，絕大部分星系都應(yīng)該符合這樣的規(guī)律，但真實(shí)的觀測(cè)結(jié)果卻相差甚遠(yuǎn)。

星系的中心部分物質(zhì)十分密集，絕大部分質(zhì)量也集中在這里，那么靠近中心的恒星公轉(zhuǎn)速度將會(huì)比外圍的恒星快許多，就像太陽(yáng)系中越靠外圍的行星公轉(zhuǎn)速度越慢一樣，否則星系會(huì)很難保持穩(wěn)定。

以銀河系為例，理論上來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)圍繞銀河系中心的公轉(zhuǎn)速度應(yīng)該為160km/s，但實(shí)際的測(cè)量卻顯示，太陽(yáng)的速度居然為220km/s。

在如此高的公轉(zhuǎn)速度下，離心力本應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于銀河系中心的引力，太陽(yáng)會(huì)逐漸甩出去脫離銀河系類比來(lái)看，其他恒星系應(yīng)該也是同樣的狀況，在這樣的條件下，銀河系本該早就分崩離析了，但事實(shí)顯然不是如此。并且銀河系并不是個(gè)例，其他的星系也幾乎都是同樣的狀況。

這意味著，有一種我們看不見的物質(zhì)在提供額外的引力，即所謂的暗物質(zhì)，時(shí)至今日暗物質(zhì)已經(jīng)成為了主流宇宙學(xué)模型的核心，不過(guò)由于至今也沒有觀測(cè)到暗物質(zhì)的蹤跡，仍然有不少科學(xué)家并不相信宇宙中存在這一奇特的物質(zhì)，他們?cè)噲D找到某種替代方案，去解決星系中的引力異常。

引力的問(wèn)題要從牛頓的萬(wàn)有引力定律下手，于是有些科學(xué)家認(rèn)為，引力的強(qiáng)度可能不僅僅是與距離的平方成反比那么簡(jiǎn)單，除此之外，天體之間應(yīng)該還有引力的殘留，即無(wú)論相隔多遠(yuǎn)，都仍然有微小的引力加成。

這樣殘留極其微弱，但足以解釋星系間的引力問(wèn)題了。不過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的概念還不夠，相應(yīng)的引力方程也需要修改，后來(lái)該理論發(fā)展出了完整的多個(gè)版本，其中一個(gè)簡(jiǎn)稱為AQUAL。

它和暗物質(zhì)理論都能解決異常的問(wèn)題，不同的是暗物質(zhì)模型認(rèn)為星系的自轉(zhuǎn)受質(zhì)量分布的影響，所以星系內(nèi)側(cè)和外側(cè)恒星的軌道速度曲線是光滑過(guò)渡的，而AQUAL的模型曲線并沒有那么光滑，這樣的不光滑幅度非常小，但如果觀測(cè)大批星系時(shí)，就能發(fā)現(xiàn)其中的偏差。

近日科學(xué)家通過(guò)斯皮策望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)152個(gè)星系展開了研究，結(jié)果顯示，這些星系的軌道速度曲線似乎更符合AQUAL的模型。

雖然僅有這一點(diǎn)還不足以撼動(dòng)主流的暗物質(zhì)理論，并且自身還有些暫時(shí)無(wú)法解決的問(wèn)題，但它仍為我們提供了新的思路，或許暗物質(zhì)就像當(dāng)初的以太一樣，它們都并不存在。