暗物质明明看不见，摸不着！为什么科学家还如此确定它的存在？

　　星系粘合剂
　　在我们的宇宙中，存在着一种看不见，摸不着的物质，构成它的物质粒子，此时此刻可能正穿过你和我的身体，但是我们根本察觉不到。虽然我们看不到它，但它的存在至关重要，我们的太阳系之所以可以绕着银河系以240千米的秒速运动，就是它的存在。
　　如果它瞬间消失了，许多星系都会因此而解体。因此，它可以被认为是星系的粘合剂。它就是暗物质。
　　世界各国为了研究它，投入了千亿美金的费用，在地球轨道上架设探测器，在地下数千米的矿坑中架设起最先进的科学设备来捕捉物质。因为，科学家相信对于暗物质的研究会给如今的科学家带来新的革命。
　　那问题来了，暗物质明明是看不到的，为什么科学家还如此坚信它的存在？暗物质简史
　　1884年，著名的物理学家开尔文勋爵，在观测银河系恒星绕着银河系质心旋转的速度分布，他想通过这个办法来估算银河系的总质量。但是他当时就发现一个问题：
　　我们可到的银河系内的恒星总质量要小于他所估算出来的银河系总质量。
　　于是，他提出银河系中存在的大多数天体可能是我们看不到的＂黑暗天体＂。随后，著名的科学家庞加莱就把开尔文勋爵提出的＂黑暗天体＂命名为暗物质。
　　到了1932年，天文学家奥尔特根据他自己的观测，就发现了和开尔文勋爵一样的问题。于是，他就提出：
　　银河系的质量要远大于我们所观测到的恒星的总质量。有大约一半的＂质量＂所对应的物体是我们看不到的。
　　隔年，也就是1933年，同样是天文学大咖的兹威基正在研究后发座星系团时，他结合后发座星系团亮度、成员数量，发现后发座星系团所能够提供的引力并不能支持其成员保持如此高的运动速度。于是，兹威基就提出后发座星系团的质量要比其可见成员星系的总质量要大得多。
　　这里稍微解释一下什么是后发座星系团。它是一个超大的星系团，拥有1000个以上的星系（已经被确认的）。
　　奥尔特和兹威基都是当时世界顶级的天文学家，但是两人手头有更重要的研究项目。于是，就把这个事情放诸脑后，去研究其他项目去了。
　　在后来的几十年内，有许多科学家都发现了和开尔文勋爵、奥尔特、兹威基发现类似现象。比如1939年，就有天文学家巴布科克发现仙女座星系也出现了类似的奇怪现象。他在报告里写到，远离仙女座星系核心的恒星的旋转速度并没有因为距离的远离而逐渐减小，相反，它们保持着和核心区域的恒星旋转速率差不多的速率。类似的现象在其他的许多星系都出现了，比如：NGC1620等星系。
　　那这有什么奇怪的呢？
　　我们拿链球比赛来做个比喻，我们都有看过链球比赛，当运动员把链球甩起来，链球的速度达到一定程度之后，随着运动员把链球的速度甩得越来越快。实际上，根据牛顿力学，运动员所需要用来拽住链球的力也越来越大。
　　同样的道理，星系是依靠引力拽住星系中的恒星，因此，恒星离星系核心越远，速度又要保持不变，那所需要的引力就得越大。就拿太阳系为例，我们通过理论计算，银河系可见物质所能提供的引力，只能保证太阳以160千米的秒速运动，但科学家观测到的速度却是240千米/秒。这就说明，存在着额外的引力，才能保证太阳以如此高的速度运动而不会飞出银河系。
　　这个问题也成为了一个谜团笼罩的天文学界，一直持续至今。
　　2006年，钱德拉塞卡望远镜就观测两个星系正在发生碰撞，科学家通过引力透镜效应重构质量分布，结果发现与对碰撞产生的炙热气体分布并不重合。那这说明了什么呢？
　　我们的观测一般是通过电磁波进行成像，因此，一些无法成像的区域很可能是因为大量的暗物质存在。而暗物质因为不需要参与到电磁相互作用当中，因此，可以穿越彼此，不会遇到障碍，也就是说不会发生任何碰撞。这个＂离奇＂的星系碰撞，后来也被我们称为手枪星系。手枪星系的存在，至少从观测上和理论上坚持暗物质是可能存在。暗物质到底是什么？
　　在自然界中一共存在四种相互作用，而关于暗物质，我们所知道的就是它有质量，参与到引力的相互作用，但不参与电磁相互作用，因此不发光，也不反射光；暗物质也不参与到强相互作用，因此，穿透力极其强，仅仅有微乎其微的概率会可见物质粒子发生反应。
　　而且我们可以通过理论计算知道暗物质在宇宙中的占比要远远高于可见物质，差不多是可见物质的5~6倍左右。
　　那暗物质是什么呢？
　　按照目前的理论，科学家认为早期宇宙存在着随机运动速度的暗物质，我们可以把这些暗物质分为三类：热暗物质、温暗物质、冷暗物质。其中热暗物质的运动速度非常接近于光速，冷暗物质的速度则是远远小于光速，温暗物质正好介于热暗物质和冷暗物质之间。
　　目前来看，天文学家主流的观点认为暗物质的主要成分应该是冷暗物质。也就是运动的速度远低于光速。
　　科学家也开始着手去寻找冷暗物质的候选对象，目前来看，可能有个候选对象分别是：大质量致密晕天体未知的大质量弱相互作用粒子，简称WIMP
　　而科学家猜测更有可能是后者，WIMP应该是比质子、中子还要大的粒子，因此，大多部分的实验室也是沿着这条路径去设计实验方案。比如，我们国家著名的锦屏极深地下暗物质实验室。实验室上方是厚度达到2000多的山体岩石，这可以有效地阻碍宇宙射线，给探测暗物质粒子提供适宜的实验环境。
　　暗物质理论有什么缺陷吗？
　　可能你要问了，科学家就那么确信暗物质存在，并且确信暗物质的相关理论就是对的吗？
　　实际上，后者科学家无法确定，这也是为什么各国要启动如此多的暗物质探测项目。客观来看，暗物质理论确实存在一些缺陷，大概有如下几点：科学家是基于广义相对论是正确的，然后才能实现引力探知物质质量分布。但是如果广义相对论存在某些缺陷需要修正，而一旦被修正，观测和理论就相互匹配了，不需要引入暗物质。那暗物质的假设也就不需要存在了。暗物质提供的引力是十分显著的，这就会导致天体经过暗物质时会有引力拖拽的作用，但实际观测中就没有发现。目前已经发现的暗物质大多存在与星系、星系团等大质量天体系统当中，如果按照冷暗物质模型来看，它们在宇宙138亿年内很多实现相对稳定的状态。科学家从未在矮星系中发现暗物质，因此，有科学家质疑是不是估算星系中心黑洞的质量和数量的方法精度欠佳，导致我们估算错误。
　　基于以上4点缺陷，我们目前还不能说暗物质就一定存在。
　　关于暗物质的前世今生，以及暗物质理论可能存在的缺陷，我们就聊到这里。