为什么科学家要假设存在暗物质？

stellaqj

宇宙中大部分的能量都是暗能量，到处都是暗物质。但是貌似谁也没有见过暗物质，也没有哪个机构成功获得过暗物质。也就意味着“暗物质”是只存在于假设中的物质。
那么，科学家为什么要这么假设？

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晕死，隔了这么长时间，这个问题突然火了……
我提这个问题，得到几个回答之后，就意识到这是个很LOW的问题。然而知乎貌似没有提供删除问题的方法。
反正这个问题也不火，就留着吧……
结果这么久之后，突然火了……
火了……
火了……
看那么多认真回答的热心人，再搞什么删除啊，修改啊什么的也不合适，就放着当前车之鉴吧……
以后问问题一定要三思，三思，三思，因为很重要所以说三遍。

ejinjing

物理学是可证伪而不可证明的。其中的“可证伪性”（falsifiability），是区分科学与伪科学的重要依据。

之所以说物理学是不可证明的，是因为物理学家的目标从来就不是探寻世界的本质，而是建立一套自洽的、在测量精度上符合已知现象并能做出合理预言的数学模型。但是，没有人能证明物理的概念一定是自然的本质。怎么证明自然界存在“力”、“场”之类的物理概念？怎么证明真空中光速一定不变？怎么证明牛顿定律、薛定谔方程？微观世界遵循的究竟是海森堡的矩阵力学、还是薛定谔的微分方程？没有人能够证明，自然的本质一定是按照物理描述的概念运作的；而这些物理概念被普遍接受，是因为它们确实是符合前述标准的自洽的数学模型。

物理学是具有可证伪性的。对于任何一个物理理论，我们都有可能设计某种实验将其证伪；现在我们接受某种物理理论，并不是说它被证明了（如前所述，也不可能被证明）、而是（目前）没有被任何实验证伪。譬如以太，当迈克尔孙漂流试验否决了绝对空间，包含以太概念的物理体系不再自洽，以太也就被证伪了。

至于暗物质，最初是为了解释观测上出现的异常现象（如星系的旋转曲线https://en.wikipedia.org/wiki/Galaxy_rotation_curve）而被引入的；而后人们发现，尽管暗物质尚未被直接探测到，但暗物质的假说能够极大地促进人们对宇宙大尺度结构、星系团和星系等现象的理解。譬如著名的子弹星系团（Bullet Cluster，image from NASA）：

这张图显示的是两个星系团之间的碰撞。其中蓝色部分是通过引力透镜描绘的引力源（即暗物质）；红色部分是X射线的强度，X射线来源于星系团中等离子体（重子物质）由于强烈碰撞导致的辐射。从图中可以看出，在碰撞过程中，等离子体的相互作用如此强烈，但两团暗物质却没有什么明显的相互作用并完好地穿过了对方到达了另一边。这是一个非常重要的暗物质于星系团中存在、并在剧烈撞击下与重子物质分离的观测证据。

最后，具体回答下题主的疑惑：

现在看来，那些凭空推断的“理因到处都有，却到处都找不到的”东西，大多都是科学史上的谬误。

“凭空推断”的概念“大多数是科学史上的谬误”——这句话是有问题的，因为物理理论的不可证明性，本质上说所有的物理理论都是题主描述的“凭空推断”；至于存在部分“谬误”，这是一件值得庆幸的事情，因为不可证伪的理论是伪科学。“理因到处都有”——这恰恰说明了该理论（假说）的必要性，否则我们就可以用剃刀原理把它去掉了。“却到处都找不到”——暗物质如前所述，是目前最有希望的假说，只是缺乏直接的观测证据（引力波也是如此）；由于其可证伪性，完全有可能被未来的某次的观测证实是错误的，但这是物理学家们为这个宇宙建立自洽数学模型的过程中一次有意义的尝试。

自然的本质是什么，这个从来就不是物理学要回答、也不是物理学能回答的问题。天地有大美而不言，四时有明法而不议，万物有成理而不说。

nestnall

被逼的啊……

注意图中的垃圾袋和眼镜，刚好是两个极端的例子。眼镜在可见光波段透明，但将红外线反射；
垃圾袋在红外线波段透明，但将可见光吸收。
暗物质的性质正是如此，不与光子发生作用。可以毫无阻挡的被光子穿过，在电磁波段不可见（透明），这区别于我们已知的常规物体；
但和普通物质一样，它与质量发生作用，可以探测到其引力，观察到引力透镜效应，甚至能推测其宇宙中所在位置与占比。
垃圾袋无法阻挡红外线，对于红外相机来说，垃圾袋就是个类似暗物质的存在。


图源：黑体辐射
类似比较直白的科普：太阳的能量大概有多大？

babysuperman

恩，正经说，首先，我们要明白为毛要假设一个个奇奇怪怪的东西。

这里不涉及任何高深的知识，只是研究过程中一些逻辑。
假设我们在做一个XXX实验，观测XXX在OOO的过程。
这个过程是科学家拍着脑袋也好拍着屁股也好，别管怎么样，提出的一个观点，他认为，根据现有的blabla，我们应该观测到blabla。

于是观测到很多数据，收集到很多数据。
数据我们拿来一算，恩，能和我们提出的那个观点对上。

为了防止手潮眼瓢脑抽机器坏掉算错小数点等等各种原因造成的数据偏差观测
我们重复了很多次这个实验，都能对上。
那么我们就说，“我XXXX时候提出了一个观念，这个观念经过XXX实验证实，目前来看是合理的”

这是能对上的。
很多时候存在一些对不上的玩意。
我们举一个非常不恰当的栗子
这是一个不需要呼吸但是有空气的世界，别问我人在这个世界怎么活着等等，一个脑抽的栗子而已。

你完全不知道“空气阻力”的存在，但是你因为某些原因，知道“引力”这玩意，你认为羽毛和铁块同时扔下应该同时落地。至于之前为啥没人琢磨过，鬼知道（
然后你一试，脚趾头都砸豁了羽毛还没落地。
你付出了自己10个脚趾，30个衷心耿耿的老仆人的300个脚趾，而且你造了无数台精密的机器保证同时扔东西。
但是仍然是铁块先落地。

你琢磨半天，提出一个观点。
“世界上有一种很讨厌羽毛落地的，看不见的神奇魔法生物，他们会拉住羽毛不让它落地。但是，这些魔法生物很弱，连羽毛都拉不住”
这就是一个观点。

你非常好学，又用非常薄的大号铁皮盒子和实心铁块在很高的高度重复了实验，又有XXX个忠心耿耿的老仆人领了残疾证。
你发现铁皮盒子和实心铁块落地也不同时。
于是你修正了上一个观点，“魔法生物讨厌一切看起来轻飘飘的东西落地！”

然后你接着砸脚趾头。
你老婆家里的老仆人也遭了罪了……
你发现铁皮盒子和铁皮盒子因为形状不同还是不一样！
你继续修正上一个观点，“魔法生物对于轻飘飘的生物也有偏好，大平片的他们更讨厌让它落地，线条流畅的他们觉得还凑合”

继续砸脚趾头
全市的老头都领了残疾证。
有的铁皮盒子在落地之前还会横着飞一下！
你的观点就修正为“特定形状的铁皮盒子在落地前会额外招恨，魔法生物会全力托一下。”

你看，除去莫名其妙的“魔法生物”，实际上你已经逐渐逼近了空气阻力这个概念……

等你啥时候把全国老头都砸残了。
发现“魔法生物”只要用个大罐子密封起来然后用力嘬干净里面的空气，就会不存在。
这就进一步逼近了空气阻力的本质。

但如果你某一天一折腾，通过新造出来的宇宙霹雳无敌blablabla仪器确实看到了这么一大群逗比魔法生物并且通过其他手段确认了不是你眼瓢什么的……
那么你之前所做出的魔法生物假设就是靠谱的……

返回来看，每一个过程中的假设都是看起来奇奇怪怪的……

从中我们得出一个结论：
看起来“奇奇怪怪的假设”，往往是当实际观测与理论上的假设计算有出入的时候，用于对理论进行补充或者修正所提出的概念。

而这些假设的概念，无论其最终是被证明荒谬还是真实，只要是真心实意地提出并且专心地遵照正经的研究方法去验证了的，就都是人在认识自然过程中的一次次进步。

vooper

短版：
星系旋率曲线
可见物质的引力透镜问题
修改版引力比暗物质参数更复杂，观测符合度更差