說起暗物質(zhì)，其實(shí)很多人都納悶這到底是什么東西？為什么科學(xué)家特別熱衷于尋找暗物質(zhì)？對于這樣的東西，我們很容易問出哲學(xué)三問來：到底是什么？在哪里？有什么用?

今天，我們就來講一講暗物質(zhì)。

暗物質(zhì)到底是什么？

要了解暗物質(zhì)到底是什么，我們就得先搞清楚“引力”。我們可以想象一下，有一種神器的大炮，它能把炮彈打出任意的速度。那接下來，如果我們徒手拿一個(gè)炮彈，然后松手，炮彈就會(huì)自由落體掉在地面上，這是地球引力吸引的結(jié)果。

如果，我們用大炮來打，讓炮彈稍微具備一點(diǎn)初速度，那就會(huì)是下面這樣：

如果，我們再讓大炮打出的炮彈快到一定程度，那這炮彈就很有可能繞著地球轉(zhuǎn)起來。

這個(gè)時(shí)候，我們繼續(xù)讓炮彈的初速度再快一旦，那這個(gè)炮彈繞著圈子就會(huì)更大一點(diǎn)。

如果我們再大幅度去增加炮彈的速度，那這個(gè)炮彈就很有可能擺脫地球的引力，飛出去。

基于這些發(fā)現(xiàn)，我們至少可以下這么一個(gè)結(jié)論，物體是不是繞著一個(gè)天體轉(zhuǎn)，和這個(gè)物體的速度以及它的引力有關(guān)，速度越快，所需要的引力就越大。

而多少速度對應(yīng)多少引力，我們可以用牛頓的萬有引力理論進(jìn)行計(jì)算。了解這些，我們再回過頭看星系，就拿銀河系來說吧，

我們?nèi)绻ㄟ^理論去計(jì)算，就會(huì)發(fā)現(xiàn)理論上太陽繞著銀河系質(zhì)心的速度應(yīng)該是160km/s，而實(shí)際上，太陽的速度竟然是220km/s。

實(shí)際速度比理論快得多，按照剛才的結(jié)論，應(yīng)該是存在額外的引力才能夠做到。那這額外的引力到底從哪來的呢？

剛發(fā)現(xiàn)這樣現(xiàn)象的時(shí)候，科學(xué)家也很納悶。這個(gè)現(xiàn)象不止是發(fā)生在銀河系，很多星系也有這樣的現(xiàn)象，最早發(fā)現(xiàn)這樣的現(xiàn)象是基于觀測其他星系的結(jié)果。

于是，科學(xué)家不得不假設(shè)存在一種物質(zhì)，它提供了額外的引力，但是我們的觀測手段沒有辦法觀測到它的存在。他們把這種物質(zhì)叫做暗物質(zhì)。

暗物質(zhì)在哪？

假設(shè)存在了暗物質(zhì)，并不意味著我們就知道它的屬性，它具體存在于哪里和它本身的屬性是有關(guān)系的。關(guān)于暗物質(zhì)的假設(shè)理論有特別多，但是目前比較主流的是冷暗物質(zhì)假說（Cold Dark Matter）。

首先，暗物質(zhì)之所以不容易被觀測到，是因?yàn)槲覀兪峭ㄟ^電磁輻射來觀測的，所以，冷暗物質(zhì)的“暗”其實(shí)就來源于這里；同時(shí)構(gòu)成暗物質(zhì)的粒子其實(shí)移動(dòng)特別緩慢，因此，冷暗物質(zhì)的“冷”就是這么來。

你可能不能理解，“冷”和移動(dòng)緩慢有什么關(guān)系？其實(shí)我們在定義溫度時(shí)，在微觀尺度上物體分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。

粒子平均動(dòng)能越大，也就是運(yùn)動(dòng)得越歡快，溫度就越高，而絕對零度，實(shí)際上就是在粒子幾乎就在原地振動(dòng)。（這還是不確定性原理導(dǎo)致的）

所以，粒子移動(dòng)得慢，說明溫度就低，也就是“冷”。基于這樣的認(rèn)識(shí)，科學(xué)家就開始思考什么樣的粒子時(shí)符合這樣的特質(zhì)？

目前來說，有兩種主流的看法：

1. 大質(zhì)量弱相互作用粒子：這種粒子是目前還未知的，科學(xué)家也在考慮是不是通過大型粒子對撞機(jī)來找到它。
2. 大質(zhì)量致密暈天體：這一類包括黑洞、白矮星、中子星等一些暗淡的恒星或者不發(fā)光的行星。

不過，目前來看，第一種假設(shè)的可能性更高一點(diǎn)。為什么這么說呢？

這是因?yàn)?，科學(xué)家通過理論計(jì)算，得到了暗物質(zhì)在宇宙中的占比，它比已知物質(zhì)總量的5倍還要多。

如果，它真的是黑洞，中子星之類的天體，那意味著，宇宙中布滿了這些天體，如果是這樣的話，很多恒星早就被這些黑洞和中子星吞噬掉了，你敢想象太陽系內(nèi)存在一個(gè)黑洞？那太陽和幾大行星還真不夠人家吃的。

不僅如此，暗物質(zhì)還具有一個(gè)特點(diǎn)，那就是不參與電磁力和強(qiáng)相互作用。要了解這些，我們必須先知道，在宇宙中存在四大作用力，分別是引力、電磁力、強(qiáng)相互作用、弱相互作用。它們是萬物的粘合劑，不過它們之間還是有區(qū)別的，比如說強(qiáng)度就相差很多。

其中強(qiáng)相互作用最強(qiáng)，電磁力其次，弱相互作用第三，引力最弱。強(qiáng)相互作用和弱相互作用保證了原子核可以形成，電子不至于掉落到原子核內(nèi)。而電磁力，保證了原子可以形成，原子間和分子間的作用力都是通過電磁力來完成。而引力則是星系的粘合劑。

在冷暗物質(zhì)模型中，冷暗物質(zhì)只參與弱相互作用，而且發(fā)生作用概率極其低，和這個(gè)類似的其實(shí)還有中微子，我們的身體每秒鐘會(huì)有100萬億個(gè)中微子穿過，我們還不知情。而冷暗物質(zhì)也是一樣，所以，暗物質(zhì)也是布滿整個(gè)空間，而且還會(huì)穿過我們的身體，只是因?yàn)椴话l(fā)生作用，我們無法感知到。因此，暗物質(zhì)實(shí)際上無處不在，我們的地球上，太陽系中，銀河系中都有。當(dāng)然，凡事并不絕對，目前也有發(fā)現(xiàn)幾個(gè)星系沒有暗物質(zhì)，至于為什么目前還不得而知。

暗物質(zhì)有什么用？

那暗物質(zhì)有什么用呢？實(shí)際上，我們剛才也提到，引力是星系的粘合劑。而暗物質(zhì)是已知物質(zhì)的5倍還要多，因此，星系之所以可以形成，完全是需要暗物質(zhì)的幫助，如果沒有了暗物質(zhì)，星系中的那些天體沿著切線飛出去。因此，宇宙誕生的早期就有暗物質(zhì)了，正是在暗物質(zhì)的引力作用下，才逐漸形成了星系，才有了銀河系，有了太陽系。

關(guān)于暗物質(zhì)，我們就說到這里。

最后，我們來總結(jié)一下，暗物質(zhì)是星系的粘合劑，正是由于它參與了引力作用，使得我們的星系得以形成。但是它不參與強(qiáng)相互作用和電磁相互作用，因此我們感受不到它的存在，也觀測不到。