11个有关暗物质未解之谜

据外国媒体报道，20世纪30年代，一位名叫弗里茨·兹维基的瑞士天文学家注意到，位于遥远星系团中的星系的旋转速度比从其可见物质计算出来的要快得多。因此，他提出一些看不见的物质，暗物质，可能存在于这些星系中，通过引力拉动星系旋转。

从那以后，研究人员证实了这种神秘物质在宇宙中无处不在，其总量是普通物质如恒星和人体的六倍之多。然而，尽管我们知道宇宙中存在暗物质，但它们仍然让科学家们非常担心。这篇文章将向你介绍11个关于暗物质的未解之谜。

什么是暗物质？

第一点也是最难说的一点是，研究人员仍然不知道暗物质到底是什么。起初，科学家推测宇宙中缺失的质量可能由暗淡的小恒星和黑洞组成。但是，美国能源部费米实验室的科学家唐·林肯指出，详细的观察表明，这些天体的数量根本不足以解释暗物质的重大影响。目前，最有可能解释暗物质之谜的“候选者”是“弱相互作用大质量粒子”，简称WIMP。这种粒子的行为类似于中子，但它的质量可能是质子的10到100倍。然而，这种猜测带来了更多的问题。因为数量太大，我们不在这里列出。

我们能探测到暗物质吗？

如果暗物质是由WIMP粒子组成的，那么它应该无处不在，但是我们却看不到或检测不到。那么，为什么我们没有发现任何弱作用粒子？尽管这些粒子几乎不与普通物质相互作用，但它们在穿越宇宙时偶尔会碰到普通粒子，如质子或电子。因此，科学家们利用大量普通粒子在地下反复进行实验，以避免外部辐射干扰，并模拟暗物质粒子的撞击过程。但是问题是，经过几十年的研究，这些探测器还没有做出任何可信的发现。今年早些时候，中国的潘达克斯实验报告了最新的弱相互作用粒子探测，结果一无所获。根据加州大学河滨分校的物理学家于海波的说法，真正的暗物质粒子可能比弱作用粒子小得多，或者它们的特性可能会大大增加研究的难度。

暗物质只由一个粒子组成吗？

普通物质可以由质子和电子等普通粒子以及中微子、介子和介子等奇怪粒子组成。因此，一些研究人员问，占宇宙总物质85%的暗物质是否也如此复杂？"我们没有理由相信宇宙中所有的暗物质都只有一个粒子。"哈佛大学物理学家安德烈·卡茨指出。例如，暗质子可以与暗电子结合形成暗原子，暗物质的世界可以像我们看到的世界一样丰富有趣。尽管越来越多的物理实验室开始想出类似的想法，但无论是证实还是证伪都没有让科学家们不知所措。

有黑暗力量吗？

除了暗物质粒子，暗物质也可能受到“黑暗力量”的影响，就像普通力量影响普通物质一样。一些研究人员一直在寻找“暗光子”。这种粒子类似于普通粒子之间来回交换的普通光子，因此产生电磁力，除了只有暗物质粒子能感觉到它的存在。意大利物理学家正准备用电子束和正电子轰击钻石。如果暗光子真的存在，电子-正电子对将会湮灭，产生一个具有特殊力的“暗光子”。如果成功，它可能会打开一个全新的宇宙。

暗物质由轴子组成吗？

随着物理学家逐渐对WIMP粒子失去兴趣，其他暗物质粒子“候选者”变得越来越受欢迎。第一种是一种叫做“轴子”的粒子。轴子非常轻，可能是质子的1/1031。一些研究轴子的实验正在进行中。最近的计算机模拟显示，轴子可能会形成类似恒星的物体，这可能会产生类似于快速射电爆发的可探测辐射。

暗物质的特征是什么？

天文学家通过暗物质和普通物质之间的引力相互作用发现了暗物质的存在，表明这是暗物质在宇宙中出现的主要方式。但是科学家们正在努力理解暗物质的本质。一些理论认为暗物质粒子应该是它们自己的反粒子，这意味着一旦这两个暗物质粒子相遇，它们将会立即湮灭。自2011年以来，国际空间站上的阿尔法磁谱仪实验一直在寻找这种湮灭信号，迄今为止已经探测到数十万次。科学家仍然不确定这些湮灭信号是否来自暗物质，也不能用来进一步了解暗物质的性质。

每个星系中都存在暗物质吗？

因为暗物质的质量比普通物质高得多，所以暗物质通常被描述为将星系和星系团结合在一起的“控制力”。但是今年早些时候，天文学家发现了一个名为NGC 105DF2的星系，它似乎不包含任何暗物质。耶鲁大学的彼得·范·多克姆当时说:“暗物质显然不是星系形成的必要元素。”然而，今年夏天，另一个研究小组发布了自己的分析结果，认为多库姆的小组对银河系进行了错误的距离测量，这意味着银河系中的可见物质实际上比多库姆声称的要少得多，暗物质的质量也比它提出的要多得多。

如何解释DAMA/LIBRA实验结果？

长期以来，粒子物理学的科学家一直对欧洲DAMA/LIBRA实验的结果感到困惑。探测器位于意大利格兰萨索的一个地下矿井中，一直在寻找暗物质粒子的周期性振荡。可以说，如果地球在公转期间穿过围绕太阳系的暗物质星系流，就会发生这种振荡。自1997年以来，DAMA/LIBRA实验一再声称观察到了这种振荡信号，但其他实验没有。

暗物质带电吗？

宇宙开始时的一个信号让一些物理学家相信暗物质可能带电。大爆炸后1.8亿年，宇宙开始时形成的恒星发出波长为21厘米的辐射。这种辐射然后被低温氢吸收。当今年2月探测到这一辐射信号时，它的谱线显示，被辐射吸收的氢的温度比先前预期的要低得多。哈佛大学的天体物理学家朱利安·穆尼奥斯(Julian Muoz)推测，带电的暗物质可能带走了氢的部分热量，就像饮料中的冰块一样。但这一推测尚未得到证实。

普通粒子会衰变为暗物质吗？

中子是一种寿命有限的普通粒子。大约14.5分钟后，一个中子将衰变为一个质子、一个电子和一个中微子。然而，在两个不同的实验中，获得的中子衰变时间略有不同，大约相隔9秒。今年年初，一些物理学家提出，如果一些中子在中子衰变过程中有1%的时间衰变为暗物质，这种异常差异可以得到解释。新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室的克里斯多夫·莫利斯和他的团队密切监测中子，希望找到可能是暗物质的信号，但他们什么也没发现。这项研究认为，中子衰变可能有其他解释。

暗物质真的存在吗？

因为科学家很难探测和解释暗物质，所以一些人很自然地会猜测这一切从一开始就可能是错误的。多年来，已经有几个物理学家认为我们的引力理论是不正确的，并且大规模的基本力的运行机制与我们的猜想不一致。有一种叫做“修正牛顿力学”的理论，认为暗物质是不存在的。恒星和星系的旋转速度比我们预期的要快，因为重力的作用超出了我们的想象。用物理学家唐·林肯的话说，“暗物质模型还没有被证实。”但是暗物质的反对者也无法证实他们的观点。最新证据表明暗物质确实存在。