20世紀30年代，瑞士天文學家弗里茨·茲威基(Fritz Zwicky)注意到，在一個遙遠的星系團中，星系相互環繞的速度遠遠超過了它們可觀測質量應該有的水平。于是他提出，一種看不見的物質，也就是他所說的暗物質，可能會對這些星系有引力的作用。
后來研究人員逐漸證實，這種神秘的物質廣泛存在于整個宇宙中，它的數量是構成恒星和人類的普通物質的六倍。然而，盡管在整個宇宙中都發現了暗物質，還是有很多問題始終困擾著科學家們。以下是關于暗物質的十大未解之謎。
1.什么是暗物質？
第一個，也許也是最令人困惑的是，研究人員仍然不確定暗物質到底是什么。最初，一些科學家推測，宇宙中的神秘質量來自暗淡且難以觀測的小恒星和黑洞，正如美國能源部費米實驗室的科學家唐· 林肯曾經在《科學生活》上所說的那樣，雖然具體的觀測并沒有發現足以產生這些引力的物質。目前認為暗物質主要的可能成分是一種假設中的粒子，叫做弱相互作用大質量粒子，或簡稱WIMP，它的行為特點有點像中子，并且質量可能是質子的10到100倍，林肯寫道。然而，這種假設卻引出了更多的問題。—比如
2.我們能探測到暗物質嗎？
如果暗物質是由弱相互作用大質量粒子構成的，那么它們應該就純在于我們周圍，但卻看不見，也幾乎探測不到。為什么我們還沒有發現呢?雖然它們不會與普通物質發生太多的相互作用，但當暗物質粒子在太空中運動時，它們有小概率會撞擊到質子或電子等普通粒子。因此，研究人員進行了一次又一次的實驗，在地下深處對大量的普通粒子進行研究，這些粒子在那里受到保護，避免某些可能產生類似暗物質粒子碰撞的干擾輻射的影響。問題是，經過幾十年的尋找，沒有一個探測設備得到可靠的結果。中國的PandaX實驗宣告最新的WIMP探測失敗。當時，加州大學河濱分校的物理學家于海波(音譯)在接受《天文在線》雜志采訪時表示，暗物質粒子似乎比弱相互作用大質量粒子要小得多，也可能缺乏一些可以用于研究它們的性質。
3.暗物質的成分是否可能不止一種粒子？
普通物質是由質子和電子等日常粒子，以及中微子、介子和介子等大量特別的粒子組成的。因此，一些研究人員產生了這樣的猜想：構成宇宙中85%物質的暗物質是否也同樣復雜。“沒有充分的理由去假設宇宙中所有的暗物質都是由一種粒子構成的，”哈佛大學的物理學家Andrey Katz對Live Science的姐妹網站天文在線說。卡茨認為，暗質子可以與暗電子結合形成暗原子，產生與可觀測世界中一樣多樣和有趣的結構。雖然這樣的猜想被越來越多的物理實驗室提出，但迄今為止，科學家們還是無法證實或否認它們。【奇怪的夸克和介子，天哪!自然界中最微小的粒子被解剖】
4.暗引力真的存在嗎？
除了多種類暗物質粒子之外，還有另外一個假設，那就是暗物質受到的力與普通物質所受到的力類似。一些研究人員已經在尋找“暗光子”，它類似于在能產生電磁力的普通粒子之間交換的光子，只不過它們只與暗物質粒子相互作用。正如《天文在線》雜志先前報道的那樣，意大利的物理學家們正準備將一束電子及其反粒子，即所謂的正電子，進行加速撞擊。如果暗光子確實存在，電子-正電子對就可能湮滅并產生一種具有力的作用的新粒子，這可能開辟宇宙的一個全新領域。
5.暗物質可能由軸粒子組成嗎？
隨著物理學家對WIMP逐漸失去興趣，其他暗物質粒子開始受到青睞。最主要的替代物之一是一種假想的粒子，被稱為軸子，它質量非常小，可能只有10的負31次方，質量比質子還小。人們正試圖通過一些實驗尋找軸子。計算機模擬已經提出了這樣一種可能性，即這些軸子可能會形成類似恒星的物體，這些物體可能會產生可檢測到的輻射，這種輻射與《天文在線》(Live Science)之前報道過的被稱為快速無線電爆發的神秘現象非常相似。
6.暗物質可能有哪些特性？
天文學家通過暗物質與普通物質的引力相互作用發現了暗物質，這表明這是暗物質在宇宙中主要的活動方式。但是，當試圖了解暗物質的實質時，研究人員卻無從下手。根據一些理論，暗物質粒子應該是它們自己的反粒子，這意味著兩個暗物質粒子相遇時會彼此湮滅。自2011年以來，國際空間站上的阿爾法磁譜儀(AMS)實驗一直在尋找這種湮滅的跡象，并且已經成功探測到成千上萬的此類事件。科學家們仍然不確定這些物質是否來自暗物質，而且這些信號還沒能幫助他們確定暗物質到底是什么。
7.是否每一個星系都存在暗物質？
因為暗物質比普通物質多得多，所以人們常說它是組織星系和星系團等大型結構的控制力量。所以，天文學家宣布他們發現了一個名為NGC 1052-DF2的星系，它幾乎不包含任何暗物質，這一點很奇怪。“暗物質顯然不是形成星系的必要條件，”耶魯大學的Pieter van Dokkum當時告訴天文在線網站。然而，另一個團隊發布了一份分析報告，表明范多克姆的團隊錯誤地測量了銀河系的距離，這意味著它的可見物質比最初的發現要暗得多，也要輕得多，而且它的質量中有更多是暗物質，超出了之前的估計。
8.DAMA/LIBRA的實驗結果如何解釋？
歐洲一項名為DAMA/LIBRA的實驗得出了一些令人費解的結果，這是一個長期存在于粒子物理學中的謎團。這個探測器位于意大利格蘭薩索山下的一個地下礦井中，它一直致力于尋找暗物質粒子的周期性振蕩。當地球在圍繞太陽的軌道上運行時，理論上當地球圍繞太陽運行，同時飛越環繞我們太陽系的暗物質銀河流——有時也被稱為暗物質風的時候，就應該產生這種振蕩。自1997年以來，DAMA/LIBRA已經聲稱觀測到了這種信號，但是還沒有其他的實驗觀測到類似的情況。
9.暗物質可能帶電荷嗎？
某些跡象使一些物理學家認為暗物質可能帶有電荷。宇宙誕生之初，也就是大爆炸后的約1.8億年，恒星發出了波長為21厘米的輻射。然后它被同時存在的冷氫吸收。當探測到這種輻射時，有跡象表明氫比科學家們預測的要冷得多。哈佛大學的天體物理學家朱利安·穆尼奧斯(Julian Munoz)在接受《天文在線》采訪時曾假設，帶有電荷的暗物質可能會把熱量從無處不在的氫氣中帶走，這種氫氣有點像漂浮在檸檬汁中的冰塊。但這一推測還有待證實。
中子是具有有限壽命的普通物質粒子。大約14.5分鐘后，脫離原子的單個中子將衰變為質子、電子和中微子。但根據《物理評論快報》(Physical Review Letters)雜志刊登的一項研究，兩種不同的實驗設置給出的衰變壽命略有不同，相差約9秒。物理學家提出，如果一些中子可能有百分之一的機會衰變為暗物質粒子，就可以解釋這種異常現象。新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國家實驗室的克里斯托弗·莫里斯(Christopher Morris)和他的團隊曾嘗試監測中子，尋找可能來自暗物質的信號，但卻什么也探測不到。根據這項研究的成果，他們認為也可能存在其他的衰變情況。
10.普通粒子能衰變為暗物質嗎?
考慮到科學家們在試圖探測和解釋暗物質時所面臨的諸多困難，一個理性的人可能會質疑他們是否完全錯了。多年來，少數直言不諱的物理學家一直在宣揚這樣一種觀點:或許我們的引力理論根本就是錯誤的，根本的力在大尺度上的作用與我們預期的不同。這些理論通常被稱為“修正牛頓動力學”或MOND模型，它們認為暗物質不存在，而恒星和星系的超快速相互旋轉則是引力的具體表現。“暗物質仍然是一個未經證實的理論”物理學家唐·林肯在《天文在線》的解釋中寫道。然而，批評者們還沒有說服更多的人相信他們的觀點。但最新的研究證據卻進一步佐證了暗物質的真實存在。
參考資料
1.WJ百科全書
2.天文學名詞
3. Adam Mann-瓶子
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1.WJ百科全書
2.天文學名詞
3.原文來自：https://www.livescience.com/64113-dark-matter-mysteries.html
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