物理学家与天文学家已经确定宇宙中大部分的物质是「暗物质」,我们可以从它的重力效应来推论它的存在,而非透过电磁作用(我们借此感知一般物质),但是暗物质可能因为人类的视角而成为谜团。每个人都有五感,五感仰赖电磁作用。举例来说,视觉是基于我们对某些光的灵敏度,即特定频率范围的电磁波;我们可以看到物质,是因为构成这些物质的原子放出或吸收光,而原子内电子和质子所带的电荷是我们能看到物质的成因。

然而,物质不一定由原子构成。大部分物质可以由完全不同的东西构成,任何能产生重力作用的东西都是物质,例如一般物质能聚集成星系或星系团。

我们没有理由认为,物质必定由带电粒子组成,但没有电磁作用的物质,我们就无法看见。暗物质不带电荷(或带微小量),没人亲眼看过暗物质、甚至用灵敏的光学仪器侦测到。但因为暗物质的各种重力效应,我们相信它存在,包含对银河系恒星的影响和星系团中星系的运动(仅凭一般物质无法解释星系的旋转速度之快)、在宇宙微波背景辐射中所留下的印记、对超新星爆发所喷出一般物质的轨迹的影响、对光造成的偏折(称为重力透镜),以及在合并的星系团中观测到可见物质与不可见物质分离。

或许,暗物质最重要的迹象就是我们的存在。尽管我们看不到暗物质,它对宇宙演变与恒星、行星甚至生命的出现,至关重要。这是因为暗物质的总质量是一般物质的五倍,其次是它不会与光直接发生作用。这两种特性对于结构形成相当重要,例如星系的形成(在我们所知的典型星系寿命、相对较短的时间范围),尤其是像银河系大小的星系。没有暗物质,辐射会阻止星系结构长期聚集,基本上就是不让这些结构成形,保持宇宙平滑且均匀。我们太阳系与生命所在的银河系,能在大霹雳后的那段时期成形,就是因为暗物质的存在。

有些人第一次听到暗物质,会感到奇怪:不可见物质为何存在?至少在哥白尼革命之后,人类应该承认地球并非宇宙的中心。然而,每当人们在新的情况下得知此事,许多人还是感到困惑或惊讶。可见物质没有理由是物质唯一的型式。暗物质的存在可能是意料之事,而且与我们所知的一切事物相容。

或许,困惑之一来自暗物质的名称。暗物质应该称为透明物质,就像光可穿透透明物体。然而,暗物质的本质一点也不透明,物理学家与天文学家想在更基础的层面了解它究竟是什么?它是由一种新的基本粒子构成?或是由一些不可见而致密的物质(例如黑洞)构成?如果暗物质由粒子构成,会跟物质产生重力之外的任何交互作用?这些粒子会与同样的粒子产生任何不可见的交互作用?这些粒子是否有不同种类?各种粒子之间是否会产生交互作用?

有人已经想到一些有趣的可能性。然而,最终我们仅能凭借进一步观测来引导我们发现暗物质的真面目,这些观测可能与许多针对暗物质重力效应的精密观测相符。或者,如果我们相当幸运,而且暗物质与(我们尚未发现的)一般物质会产生相当微弱的非重力交互作用,大型地底探测器、人造卫星或瑞士日内瓦附近的对撞机就可能会侦测到暗物质粒子。即使暗物质不会与一般物质产生交互作用,我们也有机会观测到暗物质自交互作用的一些现象。举例来说,如果暗物质和自交互作用影响星系中心的物质排列,星系的内部结构在小尺度下将有所不同。类似于银河的致密或其他结构,例如明亮气体云与我们仰望夜空所见的恒星,可能显露一种或多种暗物质粒子之间产生交互作用。又或者,我们可能在实验室或太空中观测到称为轴子的假设性粒子与磁场发生的作用。

对于理论物理学家、观测人员或实验物理学家,暗物质是潜力无穷的主题。我们知道它的存在,不清楚它的本质、背后的成因,但现在可能逐渐明朗:暗物质交互作用的观测数据尚不足以证实有交互作用,至少目前是如此。如果一般物质无法与暗物质产生任何交互作用,我们就难以找到暗物质。但如果暗物质有其他有趣的性质,研究人员就会找到它们,而且在过程中更全面了解这奇妙的谜团。

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