倘若暗物质确实属于一种物质，那么这般物质究竟具备怎样的性质呢？我们应当怎样去探测暗物质呢？
要说清楚这两个问题，我们需要一些预备知识……
01 反物质无处不在，你也接触过？
以前有过这样的情况，一个稚气未脱的小朋友向我发问，暗物质是不是反物质呀？大概是如今科幻作品中常常喜欢提及反物质引擎。所以反物质这个词汇出现的几率也颇高。而孩子的好奇心向来很强，因此这个词他就记住了。一般的人也极易把反物质与暗物质弄混淆。
这里我要明确作出回答：暗物质跟反物质并非同一回事，反物质是由反粒子所构成的，对于反粒子，物理学家们是并不陌生的，最早被发现的反粒子乃是正电子，正常的电子带负电，然而反电子带的却是正电，除了这一点之外，这两种粒子是看不出什么区别来的。
有史以来观测到的第一颗正电子的云室照片
多数人都觉得反物质只会现身于实验室里，不会现身于我们的日常日子当中，实则并非如此，我们每一个个体都接触过反物质，甚至能够讲，反物质处处都有。一个常常被用来引用拿来说事儿的例子是香蕉，不晓得为啥，物理学家们特别喜爱用香蕉来作例子 。
或许是由于香蕉之中含有极为丰富的钾元素，极少数量的钾原子带有放射性，100克香蕉平均每秒会有15个钾原子产生衰变，发射出普通的带负电的电子，然而，这里大概存在千分之一的几率会出现正电子。要是你手上握着一根香蕉，大概两小时内就会有一个正电子打进你的手中。这个正电子倘若碰到了普通的电子，就会发生正反粒子湮灭，变为纯能量。当然，这种极其微小的能量，你是丝毫感觉不到的。
02 四种基本的力
那有的人依旧存有疑问，为啥有些元素存在放射性呢？为啥会出现衰变状况呢？究其缘由在于一种名为弱相互作用的物理现象，正是弱相互作用致使某些原子核处于不稳定状态。与弱相互作用相对应的还有个强相互作用，通常情况下，强相互作用会将原子核聚拢在一起，从而形成形形色色的元素。然而弱相互作用却会使得原子核不稳定而发生衰变 。
放射性β衰变，是由弱相互作用致使的，它会把中子转换成质子，以及电子，还有电子反中微子。
排除强弱相互作用之外，存在电磁相互作用致使原子能结合成分子，分子能结合成物质；除此之外物理学家讲物质，还有一种相互作用，那便是我们最为熟知的万有引力，它确保了我们能够稳稳当当地站立于地球上，确保了地球围绕着太阳进行转动。
那四种基本的相互作用，抑或是那四种基本的力物理学家讲物质，共同协作配合，进而组成了我们能够看见且能够触摸到的物质世界。
好吧，关于预备知识已经讲述完毕了。你有可能会提出疑问，这跟我们所提及的主题暗物质之间究竟存在怎样的关系的呢？其答案是有着极大的关联的。
03 大力出奇迹？
究竟暗物质确切是什么这样高深莫测的问题，让天文学家来作答并不适宜，此事宜交由粒子物理学家去探寻答案。粒子物理学家既能双管齐下，一者借助大型计算机开展模拟运算，可调用大型设备去实施相当精密的试验，二者也可如此 。
这会儿，粒子物理学家们给出了好些描述暗物质的理论，其中最具希望的一种版本之名是WIMPs模型，其全称是弱相互作用重粒子，往后为了讲解便利，我便将它简称为“暗粒子模型”。
WIMPs 模型的艺术图
讲到底，科学家们也处于猜测状态之中，暗物质明显不存在电磁相互作用，故而我们没法看到它们。强相互作用大概也是不存在的。然而，这种物质具备引力，这是确定无疑的事。那么存不存在弱相互作用呢？这变成了了解暗物质的一个关键难题。
诸多物理学家进行猜测，暗物质存在这样的情况，即拥有弱相互作用 。暗粒子模型所描述的暗物质粒子，其运行速度并非很快，却有着很大的质量 。而粒子的运动速度能对物质的温度起到 一种决定作用 。所以在这种猜测下的暗物质 ，就被称作冷暗物质 。
由暗粒子模型推算出的暗物质数量，与通过天文观测得出的数量相较，颇为相符，数据匹配程度极佳，并且还契合宇宙大爆炸理论。故而，物理学家们将其称作WIMPs奇迹。大家喜爱该理论的另一缘由是，此理论能够借助大型粒子加速器或别的方式予以探测，能用实验检测乃是一个可靠理论应具备的特性。
建有世界最大对撞机LHC的欧洲核子研究中心，在粒子对撞期间，存在生成暗粒子的可能性，然而，当下LHC并未察觉到特别的迹象。由此可见，借助对撞机于实验室造出暗物质粒子颇为困难，即便偶尔造出，恐怕也难以捕获。此路暂无法通行，尚需思索其他办法。
一条周长差不多有 27 公里的地下隧道，被大型强子对撞机 LHC 给占据了 。
04 暗物质是一种中微子？
虽说暗粒子模型这般理论看似挺好，然而它也存在解决不了的困扰，将此模型输入计算机，借助大型超级计算机去模拟一类矮椭球星系形成的进程，发觉计算得出的数值偏大冷暗物质会致使星系混乱，瞧着极为稠密，可是经由天文观测到的矮星系并非那般稠密，如此看来，好像冷暗物质又是不正确的。然而，于科学研究里，要是有一个理论，在对大多数现象予以解释之际，均展现得颇为良好，可是却遭遇了一个反例，在这个时候，科学家们一般不会甘愿去推翻整个理论，而是思索着可不可以去打一个补丁来予以解决。
冷暗物质（CDM）
于是，科学家们构想出选用另外一种理论去阐释矮椭球星系的问题。在当下人们所知晓的粒子当中，存在着一种中微子。这种粒子极为轻，并且也不轻易与别的物质产生相互作用，所以这种粒子能够轻易地穿过整个地球，仿佛进入无人之境一般 。
1970年11月13日，首次运用氢气泡室去探测中微子，一个中微子冲击了氢原子里的质子，照片右侧呈现出三条轨迹 。
曾经众人觉得中微子是那种不存在质量的粒子哒，然而随后却察觉到，它质量不是零，只是超极其微小，中微子的质量最少比电子轻了上百万倍哟，如今仅仅能够差不多估算出一个隐约的数量级，中微子还有不一样的类别，还成天变来变去，来回变换形态呢，所以中微子也是个神秘得让人捉摸不透的家伙呢。
当下，存在这样一些物理学家进行了假设，即暗物质粒子有没有可能是一种运动速度极快的中微子呢，而这也被称作“热暗物质”，他们将这个热暗物质模型运用到计算机里去进行计算制度大全，模拟出矮椭球星系的形成过程，以此查看计算结果与实测数据是否相匹配，结果却发现这种热暗物质会致使星系成为一盘散沙，根本没办法凝聚，看来，热暗物质的假说同样碰到了很大的困难。
05 科学质疑 VS 盲目质疑
那么那种处于不冷不热状态的“温暗物质”可不可以呢？借助大型计算机进行模拟计算后，处于不冷不热状态的“温暗物质”的确能够形成矮椭球星系。然而关键在于，出现了补了那边的墙，这儿的墙却被拆掉的情况，还有另外一些数据根本就对应不上了。
模拟处于高红移（也就是早期）时，热（位置在左）、温（位置在中间）以及冷（位置在右）暗物质宇宙的结构 。
所以，直至如今，暗物质的身份迄至当下依旧是一个谜团，我们依旧欠缺一个极为有效的理论模型用以阐释暗物质。暗物质仿佛给粒子物理学家们布下了层层陷阱，你若要揭开暗物质神秘的面罩就不得不直面一个接一个的坑。这个坑你精妙地化解了，或许就会掉入下一个坑中。你的理论对这个现象能够予以完美的解释，对那个现象却毫无应对之策。
有一小撮相对另类的科学家，在旁边一直窃笑不停，他们严格遵循奥卡姆剃刀原理「如无必要，勿增实体」，为何非要去假想一种难以言明的暗物质呢，为何只有添加这种物质，才能解释星系边缘恒星速度不正常的现象呢，难道你们就不曾想过对现有的引力理论做出改动吗？
这样的想法足够与众不同，直至如今，以牛顿、爱因斯坦作为带头人物的科学家们，历经数百年构建起来的理论大厦，承受住了极为繁多严苛至极实验的检验，可还是存有一些抱有质疑精神的科学家、这些科学家尝试去修正在牛顿身上所体现的第二牛顿第二运动定律因为我得告知大家二者的区别在于科学地质疑与盲目质疑，你绝不可仅仅实施破坏但却没有进行建设，仅仅就是为了质疑而去质疑是毫无意义的，你务必要提出一个更为精良的替代物与盲目质疑的区别在于，你不能只破坏不建设，为了质疑而质疑没有意义，你必须要提出一个更好的替代品。这些科学家就试图修正牛顿第二运动定律 。
06 修正牛顿力学？
这一部分科学家，他们人数不多，然而在物理学界依旧活跃着。科学跟宗教的差别是，科学不存在类似圣经那般不可侵犯的教义，科学仅仅讲逻辑以及实证。不管是占多数的派别还是人数少的一方，任何科学理论都得经受全球同行的评议，多数派科学家觉得那些对牛顿动力学进行修正的努力有点类似事后诸葛亮，他们纯粹是为了拼凑出一条曲线，硬是给牛顿理论塞进去一个补丁。
现今的状况为，主流的科学界依照历经长久检验的牛 - 爱理论体系，然而却必须纳入一种当下还无法看见且摸不着的全新物质。而身为少数派的理论无需引入暗物质，维持了系统的简洁特性，可又对历经长久检验的牛顿定律进行了改动。总而言之，科学家们陷入了两难的境地。
正常情况下讲，想提出一项全新的理论拿它去替换掉旧有的理论，得要符合几个条件：
新的理论，其首要要求是，能将旧理论的全部成功之处予以复制；其次，新理论需要能够针对新出现的现象作出解释，不然的话，提出新理论便毫无必要可言；最为关键的一点是，新理论必须具备预言的能力，而且这种预言要能够得到实验以及观测方面的验证。
修正牛顿动力学理论虽是在科学方法论框架内提出，能用科学方法验证，可支持的人极少，它在解释星系里恒星运动速度异常方面表现出色，然而其他方面不尽如人意，即便如此，几十年来，该理论也并未完全退出历史舞台 。
哪晓得，在 2018 年 3 月的时候，有一则消息，估计会使得那些支持修正牛顿动力学的人，难过到极致，甚至要在厕所里哭晕过去。究竟是什么情况呢？咱们下期再接着聊 。