暗物質、黑洞、蟲洞、外星人、時間旅行等等，都是當前科學界最熱門的話題，也是最前沿的研究領域。很多同學都想了解這些方面的信息，但連科學家都沒搞清楚的問題，我們怎麼能講清楚呢？但我們可以給同學們介紹一些背景知識，讓同學們瞭解一些最新的研究進展。
暗物質概念的提出
天文界公認的給出暗物質量化概念的，是美國加州理工學院的瑞士天文學家弗裡茨·茲威基。1933年茲威基在研究后髮座星系團時，用2種方法估算了后髮座星系團的總質量，結果用星系物質之間引力關係計算出來的質量，要比用光度測量分析得到的發光物質總質量大400倍！
如此巨大的誤差只能有一個解釋：發光星體的質量只是星系團質量的一小部分，還有很大一部分質量是看不見的或者說是未知的，於是他把這叫作“短缺質量”。雖然與茲威基同時代的人也有類似的研究支持他的結論，但這一概念以及突破性的結論在當時並沒有引起學術界的重視。
直到20世紀60～70年代，美國女天文學家薇拉·魯賓對仙女座大星系（M31）的星系旋轉特性進行了測量，也就是測量距離星系中心不同半徑處物質的旋轉速度，才得到圖2的所示結果。圖中橫座標是距星系中心的距離，縱座標為旋轉速度，圖中白色曲線是理論計算的曲線，紅色是實際觀測的曲線。
從實測的不同半徑處物質的旋轉速度關係圖（見圖2）中可以看出，離星系中心不同距離處的天體，圍繞中心旋轉的速度都差不多，星系外圍的繞轉速度明顯比計算得到的要快很多。
薇拉·魯賓又觀測了其他星系，其旋轉曲線全部都是平直的。而隨後其他射電天文學家們對25個其他星系的觀測中，發現有22個星系的旋轉曲線都是平直的。科學家們有理由認為，宇宙中存在著我們看不到的物質，為彌散於星系各處的天體和氣體提供著引力。
如果沒有這部分“看不見的物質”的作用，那麼這些星系團的引力就不足以將其中的星系像現在我們觀測到的這樣束縛在一起。在這之後，科學家們也從更多的方面發現越來越多的證據，證明大量的“觀測之外”的物質質量甚至比我們“看得到”的還要大。20世紀80年代，科學家正式提出了“暗物質”這個名詞。
引力透鏡——測量暗物質的有效方法
雖然科學家通過理論證明了暗物質的存在，但還是無法探測到它的真實面目。暗物質之所以稱為“暗”，是因為它幾乎不發光，也不參與電磁相互作用，所以即便是我們現在已經擁有幾乎是全部電磁波段的觀測手段，也拿這些暗物質束手無策。
但科學家還是想了很多辦法來抓住它，即使無法直接看到它，天文學家們也能另闢蹊徑，通過引力相互作用來找尋暗物質。根據愛因斯坦的廣義相對論，光線經過強引力場時將會發生彎曲。如果從遙遠星系發出的光線，經過有暗物質的中間區域到達地球，那麼在地球上的觀測者將會發現星系的影像發生改變，這就是有效而直觀地探測暗物質的方法——引力透鏡。
引力透鏡因類似於光學透鏡的匯聚效應而得名。引力透鏡效應是愛因斯坦的廣義相對論所預言的一種現象：時空在大質量天體附近會發生畸變，使光線在大質量天體附近發生彎曲。如果在觀測者到光源的視線方向上有一個大質量的前景（例如暗物質）使得遠處光源的光線彎曲，就好像是一面透鏡放在觀測者和天體之間一樣，使觀察者看到的遙遠天體的圖像發生了畸變，這種現象被稱為引力透鏡效應（見圖3）。
假設我們觀測到的遠方星系物質與我們之間隔著一層看不見的暗物質，那麼我們實際看到的就是被引力透鏡彎曲了的背景星系，這就可以判定造成光線彎曲的前景（暗物質）的質量分佈。
在觀測中實拍的宇宙圖片中，具有引力透鏡效果的例子是很多的，例如圖3中的那些弧形，就是引力透鏡效應的結果。經過計算，前景星系（暗物質）的質量遠大於用光度推算的質量。通過對引力透鏡現象的研究，人們發現了大量暗物質存在的證據。
其實有一些看不見的物質，也不是什麼大不了的事，比如在遙遠的太空也看不見我們的地球、水星、火星等其他一些自身不發光的星球。但是暗物質是不一樣的，從實際計算和觀測發現，“看不見”的質量遠遠比想象的大得太多，難以用一般的理論推測去解釋，故而才會被重視並命名為“暗物質”。根據天文學的各種推算，組成星系團的質量中，暗物質的比例超過80%。
