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在 1930 年代，瑞士天文学家弗里茨·兹威基注意到，遥远星团中的星系相互绕行的速度比它们应该拥有的可见质量要快得多。 他提出，一种看不见的物质，他称之为暗物质，可能会以引力的方式拉动这些星系。
从那时起，研究人员已经证实，这种神秘的物质可以在整个宇宙中找到，它的数量是构成恒星和人等普通事物的普通物质的六倍。 然而，尽管在整个宇宙中都看到了暗物质，但科学家们大多仍在摸不着头脑。 以下是关于暗物质的 11 个最大的未解决问题。
什么是暗物质？
首先，也许最令人困惑的是，研究人员仍然不确定暗物质到底是什么。 最初，一些科学家推测宇宙中缺失的质量是由微弱的小恒星和黑洞组成的，尽管详细的观察还没有发现足够多的此类物体来解释暗物质的影响，就像美国国防部的物理学家唐林肯一样。 能源的费米实验室之前为我们写过文章。 目前暗物质地幔的主要竞争者是一种被称为弱相互作用大质量粒子（WIMP）的假设粒子，它的行为有点像中子，除了比质子重 10 到 100 倍，正如林肯所写的那样。 然而，这个猜想只会引发更多的问题——例如……
我们能探测到暗物质吗？
如果暗物质是由 WIMP 构成的，那么它们应该就在我们周围，不可见且几乎无法检测到。 那么为什么我们还没有发现呢？ 虽然它们不会与普通物质发生太多相互作用，但暗物质粒子在穿过太空时总是有可能撞击质子或电子等普通粒子。 因此，研究人员进行了一次又一次的实验，以研究地下深处的大量普通粒子，在那里它们可以免受可能模拟暗物质粒子碰撞的干扰辐射。 问题？ 经过数十年的搜索，这些探测器中没有一个做出了可靠的发现。 今年早些时候，中国 PandaX 实验报告了最新的 WIMP 未检测到。 加州大学河滨分校的物理学家 Hai-Bo Yu 当时告诉我们，暗物质粒子似乎比 WIMP 小得多，或者缺乏使它们易于研究的特性。
暗物质是否由多个粒子组成？
普通物质由质子和电子等日常粒子以及中微子、介子和介子等更奇特的粒子组成。 因此，一些研究人员想知道，占宇宙物质 85% 的暗物质是否也同样复杂。 “没有充分的理由假设宇宙中的所有暗物质都是由一种粒子构成的，”哈佛大学的物理学家安德烈·卡茨 (Andrey Katz) 说。 卡茨说，暗质子可以与暗电子结合形成暗原子，产生与可见世界中发现的结构一样多样化和有趣的结构。 虽然在物理实验室中越来越多地想象出这样的提议，但迄今为止，科学家们还没有找到一种方法来确认或否认它们。
黑暗势力存在吗？
除了额外的暗物质粒子外，暗物质可能会经历类似于普通物质所感受到的力。 一些研究人员已经在寻找“暗光子”，这就像光子在正常粒子之间交换产生电磁力一样，但只有暗物质粒子才能感觉到它们。 正如之前报道的那样，意大利的物理学家正准备将一束电子及其反粒子（称为正电子）粉碎成钻石。 如果暗光子确实存在，电子-正电子对可能会湮灭并产生一种奇怪的载力粒子，这可能会打开一个全新的宇宙区域。
暗物质可以由轴子构成吗？
随着物理学家越来越不喜欢 WIMP，其他暗物质粒子也开始受到青睐。 其中一个主要的替代物是一种称为轴子的假设粒子，它非常轻，可能只有 10 次方的 31 次方，比质子还小。 现在正在一些实验中寻找轴子。 最近的计算机模拟提出了这些轴子可能形成类似恒星的物体的可能性，这可能会产生可检测到的辐射，这与之前报道的被称为快速射电暴的神秘现象非常相似。
暗物质的性质是什么？
天文学家通过其与普通物质的引力相互作用发现了暗物质，这表明这是使其在宇宙中存在的主要方式。 但是当试图了解暗物质的真实本质时，研究人员几乎没有什么可做的。 根据一些理论，暗物质粒子应该是它们自己的反粒子，这意味着两个暗物质粒子相遇时会相互湮灭。 自 2011 年以来，国际空间站上的阿尔法磁谱仪 (AMS) 实验一直在寻找这种湮灭的迹象，并且已经发现了数十万个事件。 科学家们仍然不确定这些是否来自暗物质，而且信号还没有帮助他们准确地确定暗物质是什么。
每个星系都存在暗物质吗？
因为它的重量比普通物质大得多，所以通常说暗物质是组织大型结构（如星系和星系团）的控制力。 因此，奇怪的是，今年早些时候，天文学家宣布他们发现了一个名为 NGC 1052-DF2 的星系，该星系似乎根本不包含任何暗物质。 “暗物质显然不是形成星系的必要条件，”耶鲁大学的 Pieter van Dokkum 说。 然而，在整个夏天，一个独立的团队发布了一份分析报告，表明范多库姆的团队错误地测量了与银河系的距离，这意味着它的可见物质比第一个发现要暗淡得多，而且它的质量更多的是暗物质而不是 之前建议的。
DAMA/LIBRA 结果如何？
粒子物理学中一个长期存在的谜团是一个名为 DAMA/LIBRA 的欧洲实验的令人费解的结果。 这个探测器——位于意大利格兰萨索山下的一个地下矿井——一直在寻找暗物质粒子的周期性振荡。 当地球在绕太阳的轨道上移动时，应该会出现这种振荡，同时在我们太阳系周围的暗物质银河流中飞行，有时也称为暗物质风。 自 1997 年以来，DAMA/LIBRA 声称准确地看到了这个信号，尽管没有其他实验看到过类似的东西。
暗物质会带电荷吗？
来自一开始的信号导致一些物理学家提出暗物质可能带有电荷。 波长为 21 厘米的辐射是由宇宙初期的恒星发出的，即大爆炸后仅 1.8 亿年。 然后它被同时存在的冷氢气吸收。 当今年 2 月检测到这种辐射时，其特征表明氢气比科学家预测的要冷得多。 哈佛大学的天体物理学家朱利安·穆尼奥斯（Julian Muñoz）假设，带电荷的暗物质可能会从无处不在的氢中吸收热量，就像当时他在柠檬水中漂浮的冰块一样。 但该猜想尚未得到证实。
普通粒子能衰变成暗物质吗？
中子是具有有限寿命的常规物质粒子。 大约 14.5 分钟后，一个脱离原子的孤中子将衰变为一个质子、一个电子和一个中微子。 但根据《物理评论快报》杂志 7 月份的一项研究中引用的实验，两种不同的实验装置对这种衰变的寿命略有不同，它们之间的差异约为 9 秒。 今年早些时候，物理学家提出，如果有 1% 的时间，一些中子正在衰变为暗物质粒子，这可能是这种异常现象的原因。 新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室的克里斯托弗·莫里斯 (Christopher Morris) 和他的团队监测中子寻找可能是暗物质但无法探测到任何东西的信号。 根据这项研究，他们认为其他衰变情景可能仍然存在。
暗物质真的存在吗？
鉴于科学家们在试图探测和解释暗物质时所面临的困难，一个理性的提问者可能会怀疑他们是否完全搞错了。 多年来，极少数的物理学家提出了这样一种观点，即我们的引力理论可能根本不正确，并且基本力在大尺度上的作用与我们预期的不同。 这些建议通常被称为“修正的牛顿动力学”或 MOND 模型，它们假定不存在暗物质，并且可以看到恒星和星系相互旋转的超快速度是重力以令人惊讶的方式表现的结果。 “暗物质仍然是一个未经证实的模型，”物理学家唐·林肯在为我们解释的文章中写道。 然而，批评者尚未说服他们的想法的更大领域。 最新的证据呢？这也表明暗物质是真实的。