倘若暗物質確實屬于一種物質，那么這般物質究竟具備怎樣的性質呢？我們應當怎樣去探測暗物質呢？
要說清楚這兩個問題，我們需要一些預備知識……
01 反物質無處不在，你也接觸過？
以前有過這樣的情況，一個稚氣未脫的小朋友向我發問，暗物質是不是反物質呀？大概是如今科幻作品中常常喜歡提及反物質引擎。所以反物質這個詞匯出現的幾率也頗高。而孩子的好奇心向來很強，因此這個詞他就記住了。一般的人也極易把反物質與暗物質弄混淆。
這里我要明確作出回答：暗物質跟反物質并非同一回事，反物質是由反粒子所構成的，對于反粒子，物理學家們是并不陌生的，最早被發現的反粒子乃是正電子，正常的電子帶負電，然而反電子帶的卻是正電，除了這一點之外，這兩種粒子是看不出什么區別來的。
有史以來觀測到的第一顆正電子的云室照片
多數人都覺得反物質只會現身于實驗室里，不會現身于我們的日常日子當中，實則并非如此，我們每一個個體都接觸過反物質，甚至能夠講，反物質處處都有。一個常常被用來引用拿來說事兒的例子是香蕉，不曉得為啥，物理學家們特別喜愛用香蕉來作例子 。
或許是由于香蕉之中含有極為豐富的鉀元素，極少數量的鉀原子帶有放射性，100克香蕉平均每秒會有15個鉀原子產生衰變，發射出普通的帶負電的電子，然而，這里大概存在千分之一的幾率會出現正電子。要是你手上握著一根香蕉，大概兩小時內就會有一個正電子打進你的手中。這個正電子倘若碰到了普通的電子，就會發生正反粒子湮滅，變為純能量。當然，這種極其微小的能量，你是絲毫感覺不到的。
02 四種基本的力
那有的人依舊存有疑問，為啥有些元素存在放射性呢？為啥會出現衰變狀況呢？究其緣由在于一種名為弱相互作用的物理現象，正是弱相互作用致使某些原子核處于不穩定狀態。與弱相互作用相對應的還有個強相互作用，通常情況下，強相互作用會將原子核聚攏在一起，從而形成形形色色的元素。然而弱相互作用卻會使得原子核不穩定而發生衰變 。
放射性β衰變，是由弱相互作用致使的，它會把中子轉換成質子，以及電子，還有電子反中微子。
排除強弱相互作用之外，存在電磁相互作用致使原子能結合成分子，分子能結合成物質；除此之外物理學家講物質，還有一種相互作用，那便是我們最為熟知的萬有引力，它確保了我們能夠穩穩當當地站立于地球上，確保了地球圍繞著太陽進行轉動。
那四種基本的相互作用，抑或是那四種基本的力物理學家講物質，共同協作配合，進而組成了我們能夠看見且能夠觸摸到的物質世界。
好吧，關于預備知識已經講述完畢了。你有可能會提出疑問，這跟我們所提及的主題暗物質之間究竟存在怎樣的關系的呢？其答案是有著極大的關聯的。
03 大力出奇跡？
究竟暗物質確切是什么這樣高深莫測的問題，讓天文學家來作答并不適宜，此事宜交由粒子物理學家去探尋答案。粒子物理學家既能雙管齊下，一者借助大型計算機開展模擬運算，可調用大型設備去實施相當精密的試驗，二者也可如此 。
這會兒，粒子物理學家們給出了好些描述暗物質的理論，其中最具希望的一種版本之名是WIMPs模型，其全稱是弱相互作用重粒子，往后為了講解便利，我便將它簡稱為“暗粒子模型”。
WIMPs 模型的藝術圖
講到底，科學家們也處于猜測狀態之中，暗物質明顯不存在電磁相互作用，故而我們沒法看到它們。強相互作用大概也是不存在的。然而，這種物質具備引力，這是確定無疑的事。那么存不存在弱相互作用呢？這變成了了解暗物質的一個關鍵難題。
諸多物理學家進行猜測，暗物質存在這樣的情況，即擁有弱相互作用 。暗粒子模型所描述的暗物質粒子，其運行速度并非很快，卻有著很大的質量 。而粒子的運動速度能對物質的溫度起到 一種決定作用 。所以在這種猜測下的暗物質 ，就被稱作冷暗物質 。
由暗粒子模型推算出的暗物質數量，與通過天文觀測得出的數量相較，頗為相符，數據匹配程度極佳，并且還契合宇宙大爆炸理論。故而，物理學家們將其稱作WIMPs奇跡。大家喜愛該理論的另一緣由是，此理論能夠借助大型粒子加速器或別的方式予以探測，能用實驗檢測乃是一個可靠理論應具備的特性。
建有世界最大對撞機LHC的歐洲核子研究中心，在粒子對撞期間，存在生成暗粒子的可能性，然而，當下LHC并未察覺到特別的跡象。由此可見，借助對撞機于實驗室造出暗物質粒子頗為困難，即便偶爾造出，恐怕也難以捕獲。此路暫無法通行，尚需思索其他辦法。
一條周長差不多有 27 公里的地下隧道，被大型強子對撞機 LHC 給占據了 。
04 暗物質是一種中微子？
雖說暗粒子模型這般理論看似挺好，然而它也存在解決不了的困擾，將此模型輸入計算機，借助大型超級計算機去模擬一類矮橢球星系形成的進程，發覺計算得出的數值偏大冷暗物質會致使星系混亂，瞧著極為稠密，可是經由天文觀測到的矮星系并非那般稠密，如此看來，好像冷暗物質又是不正確的。然而，于科學研究里，要是有一個理論，在對大多數現象予以解釋之際，均展現得頗為良好，可是卻遭遇了一個反例，在這個時候，科學家們一般不會甘愿去推翻整個理論，而是思索著可不可以去打一個補丁來予以解決。
冷暗物質（CDM）
于是，科學家們構想出選用另外一種理論去闡釋矮橢球星系的問題。在當下人們所知曉的粒子當中，存在著一種中微子。這種粒子極為輕，并且也不輕易與別的物質產生相互作用，所以這種粒子能夠輕易地穿過整個地球，仿佛進入無人之境一般 。
1970年11月13日，首次運用氫氣泡室去探測中微子，一個中微子沖擊了氫原子里的質子，照片右側呈現出三條軌跡 。
曾經眾人覺得中微子是那種不存在質量的粒子噠，然而隨后卻察覺到，它質量不是零，只是超極其微小，中微子的質量最少比電子輕了上百萬倍喲，如今僅僅能夠差不多估算出一個隱約的數量級，中微子還有不一樣的類別，還成天變來變去，來回變換形態呢，所以中微子也是個神秘得讓人捉摸不透的家伙呢。
當下，存在這樣一些物理學家進行了假設，即暗物質粒子有沒有可能是一種運動速度極快的中微子呢，而這也被稱作“熱暗物質”，他們將這個熱暗物質模型運用到計算機里去進行計算制度大全，模擬出矮橢球星系的形成過程，以此查看計算結果與實測數據是否相匹配，結果卻發現這種熱暗物質會致使星系成為一盤散沙，根本沒辦法凝聚，看來，熱暗物質的假說同樣碰到了很大的困難。
05 科學質疑 VS 盲目質疑
那么那種處于不冷不熱狀態的“溫暗物質”可不可以呢？借助大型計算機進行模擬計算后，處于不冷不熱狀態的“溫暗物質”的確能夠形成矮橢球星系。然而關鍵在于，出現了補了那邊的墻，這兒的墻卻被拆掉的情況，還有另外一些數據根本就對應不上了。
模擬處于高紅移（也就是早期）時，熱（位置在左）、溫（位置在中間）以及冷（位置在右）暗物質宇宙的結構 。
所以，直至如今，暗物質的身份迄至當下依舊是一個謎團，我們依舊欠缺一個極為有效的理論模型用以闡釋暗物質。暗物質仿佛給粒子物理學家們布下了層層陷阱，你若要揭開暗物質神秘的面罩就不得不直面一個接一個的坑。這個坑你精妙地化解了，或許就會掉入下一個坑中。你的理論對這個現象能夠予以完美的解釋，對那個現象卻毫無應對之策。
有一小撮相對另類的科學家，在旁邊一直竊笑不停，他們嚴格遵循奧卡姆剃刀原理「如無必要，勿增實體」，為何非要去假想一種難以言明的暗物質呢，為何只有添加這種物質，才能解釋星系邊緣恒星速度不正常的現象呢，難道你們就不曾想過對現有的引力理論做出改動嗎？
這樣的想法足夠與眾不同，直至如今，以牛頓、愛因斯坦作為帶頭人物的科學家們，歷經數百年構建起來的理論大廈，承受住了極為繁多嚴苛至極實驗的檢驗，可還是存有一些抱有質疑精神的科學家、這些科學家嘗試去修正在牛頓身上所體現的第二牛頓第二運動定律因為我得告知大家二者的區別在于科學地質疑與盲目質疑，你絕不可僅僅實施破壞但卻沒有進行建設，僅僅就是為了質疑而去質疑是毫無意義的，你務必要提出一個更為精良的替代物與盲目質疑的區別在于，你不能只破壞不建設，為了質疑而質疑沒有意義，你必須要提出一個更好的替代品。這些科學家就試圖修正牛頓第二運動定律 。
06 修正牛頓力學？
這一部分科學家，他們人數不多，然而在物理學界依舊活躍著?？茖W跟宗教的差別是，科學不存在類似圣經那般不可侵犯的教義，科學僅僅講邏輯以及實證。不管是占多數的派別還是人數少的一方，任何科學理論都得經受全球同行的評議，多數派科學家覺得那些對牛頓動力學進行修正的努力有點類似事后諸葛亮，他們純粹是為了拼湊出一條曲線，硬是給牛頓理論塞進去一個補丁。
現今的狀況為，主流的科學界依照歷經長久檢驗的牛 - 愛理論體系，然而卻必須納入一種當下還無法看見且摸不著的全新物質。而身為少數派的理論無需引入暗物質，維持了系統的簡潔特性，可又對歷經長久檢驗的牛頓定律進行了改動?？偠灾?，科學家們陷入了兩難的境地。
正常情況下講，想提出一項全新的理論拿它去替換掉舊有的理論，得要符合幾個條件：
新的理論，其首要要求是，能將舊理論的全部成功之處予以復制；其次，新理論需要能夠針對新出現的現象作出解釋，不然的話，提出新理論便毫無必要可言；最為關鍵的一點是，新理論必須具備預言的能力，而且這種預言要能夠得到實驗以及觀測方面的驗證。
修正牛頓動力學理論雖是在科學方法論框架內提出，能用科學方法驗證，可支持的人極少，它在解釋星系里恒星運動速度異常方面表現出色，然而其他方面不盡如人意，即便如此，幾十年來，該理論也并未完全退出歷史舞臺 。
哪曉得，在 2018 年 3 月的時候，有一則消息，估計會使得那些支持修正牛頓動力學的人，難過到極致，甚至要在廁所里哭暈過去。究竟是什么情況呢？咱們下期再接著聊 。