幾十年前，當暗物質首次被提出時，它還只是理論的產物，但現在我們知道暗物質已經成為宇宙的重要組成部分。暗物質的總質量是普通物質的6倍，占宇宙能量密度的1/4，更重要的是暗物質主導了宇宙結構的形成。雖然暗物質的性質還不清楚，但並不影響它的存在。
在天文學中，用質量與光度之比測得的質量，總是比用星系周圍物質的自轉曲線、雙星系統的引力、動態平衡條件等力學方法得到的質量小得多。所以壹定有很多暗物質有機械效應但是沒有光。換句話說，宇宙中大規模存在暗物質是壹個普遍規律。計算表明，銀河系的總質量至少比光學區大10倍，即銀河系至少90%的質量屬於暗物質。
李政道教授說:暗物質存在的依據是什麽？讓我們隨機看壹個星系。它的直徑大約是2萬秒差距。星系周圍的恒星、塵埃或氣體雲都以壹定的線速度做圓周運動，其離心力為
F = mv2/r
r是物體到中心的距離。
星雲的引力
f報價= GmM/r2
其中g是引力常數，m是星雲的質量。星雲的引力應該和離心力平衡，方程兩邊都消去了M，所以有
GM/r2 = v2/r
方程左邊是重力加速度，右邊是圓周運動的向心加速度。簡化和變形
v2= GM/r
由於引力常數g和星雲的質量m都是常數，所以從上式可以看出，恒星線速度v的平方與恒星到星雲中心的距離r成反比。因此，恒星離星雲中心越遠，其線速度越小。如果測量出R和恒星的速度V，就可以計算出這個星雲中的物質M。
以星系NGC3192為例，其發光面積約為15千秒差距，但距離中心3萬秒差距處對恒星的線速度甚至大於15千秒差距處，這意味著星系NGC3192中除了可見物質外還有不可見物質。
可見物質是明亮的物質，也就是說眼睛可以看到，可以用電磁波和紅外光來測量。看不見的暗物質不發光也不反光，但能產生引力。因為暗物質的存在，遠離星系中心的物質的速度並不會隨著距離的增加而降低。
這種現象並非獨壹無二。所有測量過的967個星系都是這樣，無壹例外。也就是說，所有星系都含有暗物質。
大約65年前，暗物質存在的證據首次被發現。當時，弗裏茨·茲維基發現大星系團中的星系有極高的運動速度。除非星團的質量超過根據其中恒星數量計算出的數值的100倍，否則星團根本無法束縛這些星系。經過幾十年的觀察和分析證實了這壹點。盡管暗物質的性質仍然未知，但到了20世紀80年代，占宇宙能量密度20%左右的暗物質已經被廣泛接受。有人認為普通發光物質占宇宙總質量的0.4%，其他普通物質占3.7%，暗物質占近23%，另外73%是暗能量。
20世紀30年代，瑞士阿拉伯科學家茨威基用兩種方法測量了星系團的質量。壹種是光度測定法，即通過測量壹個星系團中星系的光度，根據星光與質量的關系推導出星系的質量，然後將每個星系的質量加在壹起，得到整個星系團的質量。另壹種方法是動力學方法，即測量星系間的相對運動速度，由此可以推斷出星系團的總質量。結果表明，這兩種方法得到的質量差別很大。以後來者星團為例，動態質量比光度質量大400倍。這個結果只能解釋為:晚期星系團的主要質量不是由可見星系貢獻的，而是由其中的大量暗物質貢獻的。只有發光區域的質量才能用光度測定法來衡量。所以包含大量暗物質的不發光區域的光度質量自然會比動力學質量小很多。茲維特維奇把無法用光度學方法檢測到的質量稱為“下落不明的質量”。
但直到20世紀70年代，壹些有影響力的天文學家仍然認為星系是宇宙的主要組成部分，不可解釋的質量根本不存在，不存在質量短缺。1987年，通過星系的自轉曲線證明了暗物質的存在。面對這壹事實，這些天文學家開始認真考慮暗物質的問題。
星系的自轉曲線是指物體繞螺旋星系旋轉的速度與其半徑的關系。旋轉曲線描述了壹個物體在銀盤中距離星系中心不同距離的軌道速度。速度是通過多普勒效應獲得的——我們接收到的光的波長變化與物體接近或遠離我們的速度成正比。但觀測結果表明，該天體的自轉速度與星系發光區外的距離無關。換句話說，不同距離的物體轉速相同。對於這壹異常結果的唯壹解釋是，星系周圍的空間並不是真空，而是存在壹個質量相當大的光環。這個光暈不發光，是暗物質。
此後，天文觀測發現了許多證明暗物質存在的證據。比如我們附近恒星的運動反映了銀盤中物質的引力影響，比我們發現的恒星和氣體物質的引力影響大50%。射電天文學、紅外天文學、紫外天文學和X射線天文學的發展，使我們能夠探測到不同溫度的氣體，並對光度只有太陽百分之壹甚至更暗的單個恒星進行計數。然而，銀河系的密度與天文學家通過理論計算所預期的仍然相差甚遠。
壹些科學家確信，宇宙中的實際物質是發光部分的1000倍。
暗物質到底是什麽？粒子物理學家希望對暗物質的研究能夠發現許多他們預言的“黑暗”粒子。這些黑暗粒子有各種各樣的名字，常見的集體名詞是“量子”和“宇宙子”。其中許多是基於已知粒子的術語。比如光學光子來自光子，引力光子來自引力。它們大多不參與地磁作用，或者只有微弱的相互作用。弱相互作用有利於這些粒子形成暗物質，但也使得研究這些粒子變得非常困難，這些粒子可以直接穿透地球和太陽，更不用說實驗室裏的探測器了。由於天文觀測只能直接提供大而亮天體的數據，而對暗而小的粒子卻無能為力，天文學家只好通過觀測壹類度數較小、呈球形分布的星系——矮星系來推斷暗粒子的性質。
在銀河系周圍，有六七個矮球星系，距離銀河系中心大致在20萬到60萬光年之間。它們處在銀河系的引力場中，沒有被銀河系的引潮力瓦解，所以它們的質量不可能太小。另外，矮球星系的光度並不大，說明發光物質不多，暗物質肯定很多。可以進壹步推斷，組成暗物質的粒子的靜止質量壹定很大，否則不可能留在這個小星系裏。推測這種暗物質十有八九是引力的或者光學的。
事實上，暗物質的存在也可以通過物質的無限可分性來預測。因為比光子小的部分壹定是暗物質。所以暗物質的存在也支持了物質的無限可分性。
暗物質的存在會嚴重威脅廣義相對論。愛因斯坦在創立廣義相對論的時候，顯然沒有把這些暗物質考慮進去。作為壹個精確的理論，沒有理由不預見這麽多暗物質。
在第二章中，我們已經討論過，正是暗物質的存在才需要通過暗物質與物體的碰撞來解釋引力。壹些暗物質與物體的碰撞破壞了暗物質的各向同性，產生了萬有引力。所以從某種意義上來說，引力碰撞的起源已經預見了暗物質的存在。
恒星的演化也需要暗物質。暗物質產生原子氫，原子氫通過熱核反應釋放出大量熱能，成為恒星演化的能量來源。這種能量本質上是暗物質所擁有的，可以稱為暗能量。可見，暗能量其實是暗物質所固有的，它無法從暗物質中分離出來。普通發光物質占宇宙總質量的0.4%，其他普通物質占3.7%，暗物質占近23%，另外73%是暗能量的觀點值得商榷。因為73%的暗能量明顯受到相對論的影響，所以認為質量可以轉化為能量，從而將能量與質量分離，這當然是錯誤的。暗能量是暗物質固有的，它的比例應該算作暗物質與生俱來的權利。嚴格來說，普通發光物質占宇宙總物質的0.4%，其他普通物質占3.7%，暗物質占近96%。
人們總以為自己的感情上有壹個什麽都沒有的“真空”，這種認識是片面的。因為人能看到的物質層次是非常有限的，而人看不到的物質層次是無限的，所以“真空”裏有大量的暗物質，但人感覺不到。所以真空只是壹個表面現象，真空不是空的。