暗物質是一種能夠施加引力但卻不與光相互作用的神秘物質。 暗物質可能由遍佈宇宙的微小黑洞構成。 而根據一項新的理論，這些微小的黑洞可能由費米球——或被稱為費米子的亞原子粒子的量子”袋”構成。 這些費米子在宇宙誕生初期就被擠壓在一起形成緻密的球。

該理論或許可以解釋，為什麼暗物質會在宇宙中佔主導地位。

在某些情況下，費米球非常密集，以至於費米子彼此之間十分靠近，從而導致費米球坍塌成為黑洞。 研究人員設計了一個新的場景，來解釋暗物質是如何主宰宇宙的。 在宇宙誕生還不到一秒鐘的時間里，令人難以置信的轉變正在發生，在這個過程中，一種新的粒子被困住，坍縮到非常小的一個點，小到足以形成黑洞。 接著，這些黑洞淹沒宇宙，為解釋暗物質提供了依據。

原初黑洞案例

天文學家和物理學家無法解釋暗物質。 這種神秘物質佔到宇宙中每一個大型結構——從星系到到宇宙網路本身——的 80%。

一種有趣的假說是暗物質起源於黑洞。 畢竟，黑洞和暗物質類似，都不發光。 作為一種不發光的緻密物體，用黑洞去解釋暗物質自有其道理。

但是，天文學家很久之前就已經知道，正常的、恆星品質的黑洞無法解釋宇宙中的暗物質。 那是因為，宇宙歷史中形成的恆星數量遠不夠多，不足以產生足夠的黑洞去解釋已知的暗物質。

然而，宇宙的最早時刻曾發生一些令人難以置信的物理現象。 也許，當時曾誕生數萬億個較小的黑洞。 這些黑洞或許一直存續到今天，可以為我們解開暗物質之謎。

但是，要解釋暗物質，該理論必須能夠製造出足夠多的黑洞。

泡沫宇宙

研究人員在他們的模型中加入了一些成分。 他們從一個非常年輕、極其熾熱的緻密宇宙開始。 這些極端條件可以讓在現今正常宇宙條件下不會發生的物理過程得以發生。

第一個成分稱為”標量場”。 標量場是一種包含所有空間的量子力學實體。 （眾所周知的賦予物質品質的希格斯場就是標量場的例子之一。 ）隨著宇宙的膨脹和冷卻，標量場經歷了一個相變，從一種量子力學狀態轉變為另一種量子力學狀態。

在整個宇宙中，這種相變並不是一下子發生的。 相反，轉變始於少數幾個點，然後開始蔓延——就好比鍋里的水沸騰時，先是有少數氣泡，接著少數氣泡合併成更多更大的氣泡一樣。 這個過程被稱為一級相變：水從『液態』變為『氣態』，後者最初的存在形式為不斷變大的氣泡。

新的標量場狀態，稱為「基態」，像翻滾的氣泡一樣從少數幾個點向外擴散。 最終，氣泡完全合併，標誌著標量場完成過渡。

如何製造費米球

但是，為了製造可以作為暗物質種子的原初黑洞，還需要另一種成分。 因此，他們在模型中又加入了一種新的費米子。 費米子是構成宇宙基石的一類粒子。 例如，構成你身體內原子的電子、質子和中子都是費米子。

在早期宇宙中，這些費米子在標量場內自由移動。 但是根據設計的配方，隨著相變的進行，這些費米子將無法穿過宇宙新基態的泡沫小泡泡。

當泡沫小泡泡越變越大之後，費米子被擠進剩下的空間口袋內，成為費米球。 這個時候，事情就變得無比混亂起來。

這是因為費米子之間存在一種額外的力，叫做「湯川耦合」。。 這種額外的力產生於同一個標量場。 正常情況下，費米子不喜歡被擠成一小團，但標量場增加了一種吸引力，可以壓倒費米子之間的自然排斥。

例如，質子和中子由更小的粒子「誇克」組成。 誇克也是費米子，通常彼此之間互相排斥，但有一股額外的力量——強力——把誇克黏在一起。 模型中這股強力可以建模成一種湯川耦合，在早期宇宙物理現象中發揮作用。

根據新的理論，一旦湯川耦合吸引力占上風，小費米球就完蛋了。 在瞬息萬變的宇宙中，壓縮在小口袋內的費米子團塊悲劇性地坍塌，形成數量巨大的黑洞。 在相變結束時，這些黑洞倖存了下來，進而變成充斥整個宇宙的暗物質。

這個假設雖然激進，但當談到宇宙早期的物理學時，以及圍繞暗物質的奧秘時，我們的確需要一些大胆的假設。 大膽的假設，再佐以謹慎的觀察，我們才能取得進展。