暗物质是当今宇宙最重要的组成部分之一。由于暗物质还没有被确认发现，因此暗物质理论并没有像大爆炸那样被广泛地接受，但是暗物质理论确实在解释一些宇宙问题上非常成功，下面我们就说下为什么科学界在没有发现暗物质的情况下还如此肯定它的存在，以及为什么其他的替代理论都站不住脚。
我们认为的宇宙是由什么组成的
当你问“宇宙是由什么构成的”时候，有一部分答案十分明了。那就是原子！进一步讲质子、中子和电子在基本层面上构成了我们在地球上所看到的一切。
在宇宙中我们还有光！来自太阳和恒星的光子不仅处在可见光的波长，而且还有肉眼看不见的波长，从超高能的伽马射线到超低频率的无线电波。除了这些，宇宙中还有一些不太明显但仍然可以探测到的东西，比如中微子、重不稳定粒子（比如介子和z玻色子），以及聚集在一起形成质子和中子的夸克和胶子。
我们认为的宇宙成分和已知的理论能否对宇宙进行成功的建模
我们知道了宇宙的组成成分，首先想到的就是根据我们已知的电磁学定律、核物理定律、粒子物理定律和万有引力定律，在宇宙组成成分的基础上对宇宙进行建模。如果我们的宇宙遵循已知的物理规律，并且由以上的物质构成，那么我们对宇宙的建模应该和观察到的宇宙是一致的。
但是情况恰恰相反，根据我们已知的理论和物质成分对宇宙的建模不仅仅是失败的，而且在很多层面上都不符合我们观察到的宇宙。
我们十分确信已知的基本物理定律在任何测试中都是正确的。广义相对论、量子场论和经典电磁学理论只要得到合理、正确的应用，这些理论从来没有让我们失望过。然而，这么成功的理论都无法解释像螺旋星系旋转质量缺失这样简单的问题。这一切的证据都指向了宇宙组成成分的问题！
不仅是星系，更大一点的星系团也是如此。在星系团中，单个星系的运动速度太快，我们无法用已知的物质和已知的物理定律相结合来解释星系团中星系运动速度的问题。
宇宙中星系的大规模结构聚集的方式也一样无法解释。虽然我们调整了各种已知粒子的密度，但我们还是无法用已知粒子和已知定律重现观察到的大尺度结构。
而且宇宙微波背景中温度的波动模式与任何已知调整正常物质参数的方法都不符合。但是如果我们不去折腾正常物质，确实有一些其他的办法可以解决质量缺失问题、大尺度结构形成问题以及微波辐射波动不符问题。首先看第一个：
1、暗物质。
如果我们尝试把一些冷的（即：缓慢移动的）暗物质放入宇宙，这样就解决了所有的问题。模拟的星系团（上图）与我们所观察到的一致，微波背景的波动模式突然与理论预测相符。
星系团中引力透镜效应的预测，以及星系团中星系的速度与我们所看到的相吻合，而且鉴于暗物质的存在，轻元素的丰度与该理论现在所预测的一致。
每一个星系的外围都被赋予了一个暗物质晕，这就解决了星系内部旋转过快的问题。当我们把暗物质的概念应用到一个非常特殊的情况下，比如两个相互碰撞的星系团：
当暗物质与正常的发光物质分离时，暗物质仍然能预测我们看到的引力分离现象。简而言之，通过给宇宙增加一种新奇的物质：暗物质，我们可以解决宇宙学中所有这些无法解释的问题。
但是还是有人不相信暗物质的存在，除非我们弄清楚暗物质到底是什么，并掌握如何直接探测暗物质，而不仅仅是通过引力的影响来间接探测暗物质。所以我们可以考虑其他的选择。
2、修正万有引力定律
第二个主要的选择是：假设宇宙中没有额外的粒子或质量或引力的来源，而是在宇宙的大尺度上引力定律不同于爱因斯坦的广义相对论。
修正引力理论其实也在单个星系上获得了成功，它给出了单个星系内的速度，而且预测的方式要比暗物质的预测方式好得多！
但是，修正引力并不能充分的解释其他的观测结果，或者根本不能解释微波背景和轻元素的情况。另外，如果接受新的修正理论，我们就必须放弃经过严格审查的广义相对论。
那么修正的引力理论不仅需要解释暗物质问题，还需要解释目前广义相对论所解释的一切现象，比如上图中显示的引力透镜。这是修改引力无法做到的。这就是为什么暗物质极有可能存在，而目前宇宙物理学面临的挑战是如何探测暗物质。
