大家好，我是西昆仑Bruce。
今天我们来聊一聊科学界一些神秘且充满传奇色彩的物质——暗物质。
你是否想过，宇宙到底是由什么构成的呢？根据现有的宇宙学模型，我们的宇宙大约诞生在138亿年前，就像如今所了解的那样，宇宙大爆炸产生了现有的时空，现在存在的一切，都是源于那一场大爆炸。
随着科技的不断进步，天文学家和物理学家开始利用更先进的技术去探索宇宙，不断发现星系、星云、星系团、恒星、行星、小行星等等。本以为我们已经知道的够多了，但是从上世纪开始，一些观测结果表明，可能还有更多值得去发现的地方：
暗物质存在的证据
现在，物理学家们认为，宇宙只有15%的物质是可以检测的，剩下的大部分我们无法直接观测到，所以科学家们称这一部分是“暗物质”。
“暗”指的是本身不发光，它不吸收、不反射光和其他电磁辐射，只能间接地检测到其存在。
科学讲究证据和实际观测结果，所以要证明暗物质是不是真的存在，需要用事实说话：
证据一：旋转速度。
首先说一下基本前提，根据牛顿万有引力定律我们知道，漩涡星系中，越靠近外围的天体围绕星系团中心的运行速度，比靠近中心天体的速度会慢一些。
从19世纪末到20世纪初，科学家们开始对所谓的“模糊恒星”和“暗气体”感兴趣，这些是通过望远镜无法识别到的少量发光物质。
1877年，意大利神父、天文学家安吉洛·西奇在自己的一篇论文中，问了自己一个关于太空中分散的暗物质存在的问题；1933年瑞士物理学家兹威基试图去了解星系中原子团簇的一些特性，当他观测距离地球1.5亿光年外后发座的星系团时，发现各个星系相对于星系团的运动速度有些异常，它们的旋转速度比理论值快了100倍左右，也就是说，对于如此快的运行速度，仅仅依靠星系团的引力作用根本不够。于是他认为，暗物质可能比发光物质的存在量更大。
不过由于当年他在天文学领域的个人名声不是很好，脾气暴躁，所以那个年代他的想法被认为是荒谬的。
6年以后，天文学家巴布科克发现了恒星运动中的其他异常现象，他发现仙女座星系外围区域的星体的旋转速度，和万有引力理论不匹配，因为按理说越靠近边缘地带，受其中心引力影响就越小。不过在当时，还是被认为是技术原因导致的测量误差。
直到20世纪70年代，事情重新浮出水面，一些宇宙学家认为有充分的理由认定，星系的质量被低估了10倍甚至更多。一个重要证据来自1970年美国天文学家鲁宾利用高精度的光谱测量技术，发现了和1933年兹威基一模一样的结论。
证据二：引力透镜效应。
其实对于上面的发现，为什么一直没有引起足够的重视呢？原因有很多，其中之一就是一些人认为这个现象，未必不能用其他原因来解释，比如宇宙中的黑矮星（燃料耗尽的恒星冷却而成）、黑洞、不反光的气体云等等，那也都是看不着的。
直到上世纪80年代，人们把上面这些不发光的天体和已知发光天体按照估计的最大值进行相加，却发现星系总体质量依旧远远达不到预期的质量。
说到这里，首先来说明一下科学家们是如何评估星系质量的。
根据爱因斯坦的广义相对论，天体质量越大，它周围时空的弯曲度就越厉害，甚至连光都不能直线前进。所以我们只需要观察一个遥远的天体，那么我们所需要研究的星系团，就相当于是放置在中间的一个有质量的电磁源，这个时候，我们如果观测到遥远天体的图像发生了弯折，那就可以知道在途经星系团，碰到过多少物质。
以此就可以计算出星系的质量，这个质量叫做“引力质量”。然后再根据星系的整体亮度，计算出星系的可见物质的总质量“光度学质量”，将二者进行对比，即可得出结论。
可是科学家们通过大量的星系测试，发现绝大部分星系的引力质量，大于光度学质量10倍甚至百倍。
这就很明显，间接说明大部分物质目前来看，真的不可见。
证据三：宇宙背景辐射（CMB）。
我们知道，现在的宇宙是大爆炸之后形成的，而根据宇宙学，当时大爆炸遗留下来还有热辐射。这是1964年美国射电天文学家彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊偶然发现的，这种最古老的电磁辐射，由于最初的细微温度涨落，对应着局部密度的细微差异，从而代表着所有未来的结构，也就是当今恒星和星系的种子。
那么这到底是和暗物质有什么关联呢？
根据这个理论的模型，辐射可以精确地重建宇宙。事实上，如果我们绘制宇宙辐射波动的图表，就可以发现其中有关暗物质的数据集，从曲线中可以看出我们推论宇宙的质量不能仅由普通物质构成，否则将会得出不同的图表。
说的通俗一点，就是有大量的物质不会与电磁射线相互作用，所以我们不能直接看到也没有办法检测到。这也是科学家们对于暗物质特性的推断，那就是它不参与电磁相互作用。而电磁力作为一种基本力，可以反映我们在现实生活的绝大部分感知，如温度高低，物体软硬程度等等。
暗物质究竟是什么呢？
那么暗物质到底是什么呢？由什么构成呢？
随着时间的推移，人们已经做出了多种假设：起初人们认为这些物质是看不见的恒星和气体，后来发现即使这些算上，也还是远低于缺失的质量，最多占比15%。
于是后来的WIMP（弱相互作用质量粒子）成为了最被广泛讨论的暗物质候选者之一。既然对于强作用力和电磁力无感，那么暗物质会不会参与弱相互作用呢？
这些粒子是块状的粒子，相互之间作用非常微弱，不过它们能够随时随地穿过地球，如果暗物质真的以这种方式存在，那么这些粒子就可以通过对撞来发现，因为这种粒子自己是自己的反粒子，所以两个粒子相互对撞，那就会产生湮灭现象，同时释放反电子和反质子。
所以科学家们想到了利用太空探测器进行探测，比如阿尔法磁谱仪（关注反电子）、帕梅拉探测器、费米卫星和中国的悟空号探测器（2017年有发现特殊的峰值出现）。
但是这也只是一种间接的办法，要想找到直接的证据，就需要用一些特殊的装置，来直接捕获WIMP粒子。比如意大利的地下格兰萨索国家实验室、日本的超级K中微子探测器、我国四川锦屏山地下隧道两个大型暗物质探测装置等等地下设备。
之所以选择地下，是为了屏蔽外界一些干扰粒子，而暗物质假定是可以穿透地球的，所以如果能够检测到，就能证实是暗物质。
不过到目前为止，依旧还没有能够检测到WIMP粒子。所以也依旧有不少的科学家不相信暗物质的存在。但是相信总有一天，科学家能够有所发现。
而这，不应该成为人类的烦恼，因为，哪怕是物质，可能也仅仅只是宇宙神秘的一部分而已，如果整个宇宙只是一个意识体呢？（细思极恐）
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