基于此,暗物质不光是隐形的,也不会被人类触觉、听觉、嗅觉所感知。因此,理论上我们周围充满了暗物质,但我们却无法感知。
经过多年的观测和研究,科学界已经对宇宙中可见物质和不可见物质有了一个比较精确的计算,就是整个宇宙中,可见物质只占总质能的4.9%,不可见质能占95.1%。为什么说是总质能呢?因为在不可见质能里,并不都是暗物质,暗物质只占据了26.8%,暗能量占据了68.3%。
暗物质和暗能量在宇宙中扮演着对立打架的角色。暗物质起着拉拢和聚合的引力作用;暗能量却起着排斥和扩张的膨胀作用。一个拉扯聚合,一个排斥扩张,两种力量一直在博弈中,目前暗能量胜出,最终谁胜谁负,还无法预料。
万有引力的大小与质量成正比,暗物质在可见物质和不可见物质中,占据着84.5%的比重,因此主导着星系的引力作用;而暗能量则主导着宇宙膨胀,其质能比暗物质大了一倍多,因此暗物质的引力无法让宇宙收缩,而是被暗物质主导着整个宇宙呈现膨胀趋势。
暗物质和暗能量都没有电磁力,因此都无法被直接观测到。
那么,人类又是如何知道暗物质的存在呢?前面说了,暗物质虽然没有电磁力,不会与电磁力发生相互作用,但其有质量,而且质量大大超过可见物质的质量。引力的大小是与质量成正比的,也就是说质量越大引力就越大,这样,这个隐身魔王就无法藏身了。
这有点像黑洞,由于黑洞引力超强,进入其势力范围(史瓦西半径)的光都无法逃逸,因此黑洞也无法被人类看到。但由于黑洞引力极端,凡靠近黑洞的天体物质都被它毫不客气地撕扯吞噬。
在这个过程,物质会被黑洞引力撕扯得粉碎,围绕着黑洞事件视界(就是在还没掉进黑洞史瓦西半径的临界点处)高速旋转,被撕成基本粒子的物质在接近光速的碰撞中,会发出耀眼的光芒和高能射线,由此被人们观测到。
由此,人类才间接“看”到了黑洞。
暗物质也是这样,由于广泛存在于星际空间,质量很大,形成的引力就非常大,对周围时空就会造成影响。我们知道天体运动是受引力支配的,其运动状态可以通过质量计算出来,如果出现异常,要么是引力理论出了问题,要么就是其中存在着还没有被发现的东西,影响着天体运动。
许多天文学家发现,在一些巨大星团等天体运动中,与可见质量导致的作用不符,这种现象随机地发生在宇宙各个方向和远近距离,且可排除是引力理论发生了问题,于是科学家们倾向于宇宙中存在不可见物质。
1922年,荷兰天文学家雅各布斯·卡普坦通过观察星体运动,间接推算出星体周围可能存在不可见物质;1933年,瑞士天文学家弗里茨·兹威基利用光谱红移,测量了后发座星团中各个星系相对于星系团的运动速度,发现星系弥散度太高,仅靠星系团中可见物质质量产生的引力,根本无法将这些星系约束在星系团内。
由此,兹威基推断出星系团中有大量的暗物质,其质量是可见质量的百倍以上。后来,许多科学家观测和验证了这类结果,由此间接验证了暗物质的存在。
再后来,人们根据爱因斯坦广义相对论,当光线接近或通过一个大质量物体时,会发生弯曲和放大效应,他把这种效应叫引力透镜效应,并预言在宇宙中存在这种引力透镜。
人们把这种透镜称为爱因斯坦环。
1979年,天文学家用美国基特峰天文台2.1米望远镜,首次观测到一个类星体因引力透镜效应形成的双重像;1998年,哈勃望远镜观测到第一个完整的爱因斯坦环,被命名为B1938 666;此后,引力透镜不断被发现。
2007年,哈勃空间望远镜发现了CL0024 17星系团拥有暗物质环的图像,环径达260万光年,只有星系团中存在巨量暗物质才能达到这种效应,这更有力地间接证明了暗物质的存在。