20世紀30年代，科學家發現能夠觀測到的物質并不足以維持星系的穩定運行，他們相信在目前我們能夠探索的物質之外，還可能存在著一種我們看不見的物質：暗物質。
它不屬于已知的任何物質，獨立于人類的認知體系之外，這聽起來似乎有些天方夜譚，但諸多證據表明，暗物質不僅存在，而且數量要遠超于可見物質。
我們看到的日月星辰以及世界萬物都來自于可見光的反射，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都會向外輻射熱量，所以那些不可見的波段則可以通過熱量進行探測，通過紅外波段展現出來。
暗物質則不一樣，它既沒有反射可見光，也不會散發熱量，這意味著暗物質沒有電磁相互作用力和強互作用力，而這兩種力又是人類已知粒子中必須存在的基本力，因此暗物質絕不是我們熟悉的任何一種粒子，在現有的技術下沒有任何辦法對它進行觀測。
對于這樣一種完全不能觀測的粒子，科學家又是如何確定它真的存在呢？
盡管宇宙浩瀚而廣闊，有著難以計數的恒星和行星，但它們的運行并不是一團亂麻，而是有著完整的秩序和規律在其中，行星和恒星組成恒星系，其中恒星的質量占據恒星系的絕大部分，所以行星會圍繞恒星公轉，而整個恒星系又以同樣的原理圍繞著星系，一層一層構建起了規律的宇宙。
其中維持規律的就是引力和離心力，恒星的質量較大，在自身的引力下會把行星拉向自己的引力中心，如果放任引力不管，恒星最終會與行星相撞，這時就需要離心力來維持平衡，行星在圍繞恒星做公轉時，就產生了一個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，行星就擁有了一個穩定的公轉軌道，假如沒有強大的外力干預，這樣的平衡會難打破。
在更[[大尺度]]的星系上，恒星系和星系的關系就像行星和恒星，恒星系會圍繞著星系中心的超大質量黑洞做公轉運動，理論上來說，絕大部分星系都應該符合這樣的規律，但真實的觀測結果卻相差甚遠。
星系的中心部分物質十分密集，絕大部分質量也集中在這里，那麼靠近中心的恒星公轉速度將會比外圍的恒星快許多，就像太陽系中越靠外圍的行星公轉速度越慢一樣，否則星系會很難保持穩定。
以銀河系為例，理論上來說，太陽圍繞銀河系中心的公轉速度應該為160km/s，但實際的測量卻顯示，太陽的速度居然為220km/s。
在如此高的公轉速度下，離心力本應遠遠大于銀河系中心的引力，太陽會逐漸甩出去脫離銀河系類比來看，其他恒星系應該也是同樣的狀況，在這樣的條件下，銀河系本該早就分崩離析了，但事實顯然不是如此。并且銀河系并不是個例，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在提供額外的引力，即所謂的暗物質，時至今日暗物質已經成為了主流宇宙學模型的核心，不過由于至今也沒有觀測到暗物質的蹤跡，仍然有不少科學家并不相信宇宙中存在這一奇特的物質，他們試圖找到某種替代方案，去解決星系中的引力異常。
引力的問題要從牛頓的萬有引力定律下手，于是有些科學家認為，引力的強度可能不僅僅是與距離的平方成反比那麼簡單，除此之外，天體之間應該還有引力的殘留，即無論相隔多遠，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題了。不過一個簡單的概念還不夠，相應的引力方程也需要修改，後來該理論發展出了完整的多個版本，其中一個簡稱為AQUAL。
它和暗物質理論都能解決異常的問題，不同的是暗物質模型認為星系的自轉受質量分布的影響，所以星系內側和外側恒星的軌道速度曲線是光滑過渡的，而AQUAL的模型曲線并沒有那麼光滑，這樣的不光滑幅度非常小，但如果觀測大批星系時，就能發現其中的偏差。
近日科學家通過斯皮策望遠鏡的數據庫對152個星系展開了研究，結果顯示，這些星系的軌道速度曲線似乎更符合AQUAL的模型。
雖然僅有這一點還不足以撼動主流的暗物質理論，并且自身還有些暫時無法解決的問題，但它仍為我們提供了新的思路，或許暗物質就像當初的以太一樣，它們都并不存在。
