此後，研究人員證實了宇宙各處都存在這種神秘物質，並且其總量多達構成恆星、人體等普通物質的六倍。然而，儘管我們知道宇宙中存在暗物質，它們仍令科學家大傷腦筋。本文將為你介紹11個有關暗物質的未解之謎。

暗物質是什麼？

首先要說的一點、也最令人為難的一點是，研究人員仍不清楚暗物質究竟為何物。一開始有科學家猜測，宇宙中失踪的質量也許由黯淡的小型恆星及黑洞構成。但美國能源部費米實驗室科學家唐·林肯（Don Lincoln）指出，詳細觀測結果顯示，這些天體的數量根本不足以解釋暗物質的重大影響。目前最可能解釋暗物質之謎的“候選人”為“弱相互作用大質量粒子”，簡稱WIMP。該粒子的行為方式類似於中子，但質量可能比質子重10至100倍。不過，這種猜想又帶來了更多問題，由於數量太多，在此就不一一列舉了。

我們能否探測到暗物質？

如果暗物質由WIMP粒子構成，就應該無處不在，但無法被我們看見、也很難被探測到。那麼，我們為何連一丁點WIMP粒子都沒找到呢？雖然這類粒子幾乎不與普通物質發生互動，但它們在宇宙中穿梭時，偶爾也會撞上一個質子或電子這樣的普通粒子。因此，科學家在地下開展了一次又一次用到大量普通粒子的實驗，避開外界的輻射干擾，模擬暗物質粒子的撞擊過程。但問題是，在數十年的研究之後，這些探測器仍未做出任何具有可信度的發現。今年年初，中國PandaX實驗報告了最新一次WIMP粒子的探測情況，結果又是一無所獲。加州大學河濱分校物理學家Hai-Bo Yu指出，照這樣看來，真正的暗物質粒子可能比WIMP粒子小得多，或者其特性會大大增加研究難度。

暗物質僅由一種粒子構成嗎？

普通物質既可以由質子、電子這樣的普通粒子構成，也可以由中微子、渺子、介子這樣奇奇怪怪的粒子構成。因此有些研究人員提出，佔了宇宙全部物質85%的暗物質是否也會如此復雜呢？“我們沒有理由認為，宇宙中的所有暗物質都僅由一種粒子構成。”哈佛大學物理學家安德烈·卡茲（Andrey Katz）指出。例如，暗質子可以與暗電子結合，構成暗原子，暗物質的世界也可以與我們見到的世界同樣豐富、有趣。雖然越來越多的物理實驗室開始提出類似的設想，但無論是證實還是證偽，都令科學家們一籌莫展。

暗力量存在嗎？

除了暗物質粒子之外，暗物質還可能會受到“暗力量”的影響，就像普通力對普通物質的影響一樣。一些研究人員一直在尋找“暗光子”。這種粒子類似於在普通粒子之間來回互換、從而產生電磁力的普通光子，只不過唯有暗物質粒子才能感覺到它的存在。意大利物理學家正準備用一束電子和正電子轟擊鑽石。假如暗光子真的存在，電子-正電子對就會湮滅，生成一個攜帶特殊力的“暗光子”。如果成功，或許會打開一個全新的宇宙領域。

暗物質會不會由軸子構成？

隨著物理學家逐漸對WIMP粒子失去興趣，其它暗物質粒子“候選人”開始越來越獲青睞。其中為首的是一種叫做“軸子”（axion）的粒子。軸子質量極輕，可能只有質子的1031分之一。有幾項實驗正在對軸子展開研究。近期計算機模擬顯示，軸子也許會形成類似恆星的天體，而這些天體可能會產生可被探測到的、類似快速射電暴的輻射。

暗物質有哪些特性？

天文學家通過暗物質與普通物質間的引力作用發現了暗物質的存在，說明這是暗物質在宇宙中露面的主要途徑。但要弄清暗物質的本質，科學家卻步履維艱。一些理論認為，暗物質粒子應當是它們自身的反粒子，意味著兩個暗物質粒子一旦相遇、就會瞬間湮滅。自2011年起，國際空間站上的α磁譜儀實驗便一直在尋找這種湮滅信號，迄今已探測到了數十萬次。科學家尚不確定這些湮滅信號是否來自於暗物質，也尚且無法通過這些信號進一步了解暗物質的本質。

每個星系中都存在暗物質嗎？

由於暗物質的質量遠超普通物質質量，暗物質常被說成維繫星系和星團的“控制力量”。但今年年初，天文學家發現了一個名叫NGC 1052-DF2的星系，其中似乎不含任何暗物質。耶魯大學的皮埃特·馮·多庫姆（Pieter van Dokkum）當時表示：“暗物質顯然不是形成星系的必需項。”然而在今年夏天，另一支研究團隊發布了自己的分析結果，認為多庫姆的團隊對該星系的距離測量有誤，這意味著該星系中的可見物質其實比多庫姆聲稱的少得多，暗物質的質量則比其提出的多得多。

如何解釋DAMA/LIBRA實驗結果？

長時間以來，歐洲DAMA/LIBRA實驗的結果一直令粒子物理界的科學家們困惑不已。該探測器位於意大利格蘭薩索山的一處地下礦井中，一直在尋找暗物質粒子的周期性振盪現象。按理說，地球在公轉過程中，如果剛好從圍繞太陽系的暗物質星系流中穿過，就會發生這種振盪現象。自1997年來，DAMA/LIBRA實驗多次宣稱觀察到了這類振盪信號，但其它實驗均未觀察到過。

暗物質是否帶電荷？

一個從宇宙之初發出的信號讓一些物理學家認為，暗物質也許帶有電荷。宇宙初期、即大爆炸後1.8億年形成的恆星會發射波長21厘米的輻射。而這些輻射隨後又會被低溫氫吸收。今年二月探測到這一輻射信號時，其譜線顯示，吸收輻射的氫的溫度比之前預想的還要低得多。哈佛大學天體物理學家朱利安·穆諾茲（Julian Muñoz）猜想，帶電荷的暗物質也許從氫中帶走了一部分熱量，就像飲料中的冰塊一樣。但這一猜想尚未得到證實。

普通粒子會衰變成暗物質嗎？

中子是一種壽命有限的普通粒子。過了14.5分鐘左右，一個單獨存在的中子就會衰變成一個質子、一個電子和一個中微子。但在兩次不同的實驗中，得出的中子衰變時間略有區別，約相差9秒。今年年初有物理學家提出，如果中子衰變過程中，有1%的時間裡，部分中子會衰變成暗物質，就可以解釋這種異常差異了。美國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）及其團隊對中子進行了密切監測，希望找到可能為暗物質的信號，但一無所獲。該研究認為，中子衰變也許還有其它解釋。

暗物質真的存在嗎？

由於科學家對暗物質的探測和解釋如此困難，自然有人猜測，這一切可能從一開始就是錯的。多年來，一直有少數物理學家認為我們的引力理論並不正確，基本力在大尺度上的運作機制與我們的猜想並不一致。有一種名叫“修正牛頓力學”的理論認為，根本不存在暗物質這種東西，恆星和星系的旋轉速度之所以比我們預先的要快，是因為引力的作用方式超出了我們的想像。用物理學家唐·林肯的話來說：“暗物質模型尚未得到證實。”但暗物質的反對者同樣無法證實他們的觀點。並且最新證據顯示，暗物質是確實存在的。