暗物质本质原理的猜想

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暗物质，一个几乎可以说是家喻户晓的名词。它占据了宇宙质量的90%或更多，但它独立于标准模型之外，既不发射电磁辐射，也不反射电磁辐射，而只通过引力作用与我们的宇宙物质世界相联系。为了找寻暗物质，许多杰出的物理学家投身其中，从理论到实验，提出了许多千奇百怪的模型公式，但目前为止，没有一个能彻底解决其实际问题。下面，结合暗物质自身的发展历史，来谈谈自己的理解。

在1915年的时候，爱因斯坦根据相对论得出宇宙的形状取决于宇宙质量的多少。他认为：宇宙是有限封闭的。如果是这样，宇宙中物质的平均密度必须达到每立方厘米5×10的负30次方克。但是，迄今可观测到的宇宙的密度，却比这个值小100倍。也就是说，宇宙中的大多数物质“失踪”了，科学家将这种“失踪”的物质叫“暗物质”。用数学模型来解释，即将相应的时空度规场和相应的同性介质的能-动张量代入到爱因斯坦场方程中，继而得到宇宙学密度的符号。如果宇宙中的物质主要表现为发光的星系，其密度应当为： 。不过，通过天文观测所给出的实验值表明： 。 ，表明我们实际的空间存在着大量无法观测的物质成分，科学家将其定义为暗物质。到目前为止，中微子和黑洞已被证实属于暗物质，但其比例微小，并不构成其主体，而理论上的弱相互作用大质量粒子，轴子，超对称粒子等也缺乏严格的实验证据来表明。现在的实验物理学家们，主要通过引力透镜法、观测漩涡星系的曲线等手段来间接推断暗物质的分布情况。到2016年，最新的探测结果表明，暗物质之间可能存在第五种未知的力。这样一来，其诡异性又大大增加了。接着，个人谈谈自己的观点。

首先，我们接受这样一个基本事实：暗物质是的确存在的。那么，为什么它有如此奇特的性质而背离于我们的日常生活经验呢？广义相对论和量子场论分别在各自的领域取得了巨大成功，但二者却不能协调统一在一起。超弦理论虽然在数学上完美统一了上述相互作用，但其基础是超对称。而2016年夏天疑似的双光子峰的消失，同时并未出现新的双光子峰的结果也表明对超对称粒子的探索基本结束，以维尔切克等为代表的超对称理论的坚定支持者们彻底输给了Hooft等人，至少表明超弦理论需要进一步修改的可能性达到了99%。

此外，两者理论本身，也有一定的不完备性，尽管引力波在2016年被LIGO组在观察双黑洞合并的过程中所探测到，但之后的数据分析却显示，爱因斯坦的广义相对论在黑洞边缘的极端条件下会失效，客观也说明其应该得到进一步修正。而场论中的发散项本身背后的物理实质始终没有得到具体的解释，这些都有待于科学家们的进一步探索。

最后，有关世界历史上还存在一些未解之谜，如玛雅文明的起源，古埃及金字塔的建造，亚特兰蒂斯是否真实存在，UFO的高速飞行原理等。这些到现在为止也缺乏一个统一的论证，基本上是众说纷纭。所有的这一切均表明，未来需要改进的地方还有很多。

综上所述，个人以为复杂现象的背后往往蕴藏着简单的原理，可能就是我们所说的终极原理。要想彻底解决暗物质的问题，必须先将四大作用力统一在一个优雅简单的模型之中，它包容目前所有的已知实验现象和物理性质，然后基于此背景，来设计相应的实验方案，从而有的放矢。否则，在一个不成熟的理论体系框架背后，探索失败的可能性会很大。暗物质本身的模型以WIMP和轴子，额外维作用为主流。但必须从第一性原理出发解决下面的问题才能表明其被彻底解决：

1. 有关暗物质之间的相互作用是否真实存在，它是否归为第五种作用力？

2. 为什么仅仅引力可以被渗透到额外维，其余的相互作用是受到什么约束而被限定在四维时空里？

3. 引力和物质质量密切相连系，那么在暗物质与正常粒子的碰撞过程中，有无可能引发粒子质量的波动性？

4. 有没有暗暗物质的存在？（注：暗暗物质是只与暗物质作用而不与我们所处世界的物质发生反应，但它改变了暗物质的运动轨迹以及分布形态，从而间接影响我们的世界的变化。）

5. 与暗物质密切相关的暗能量来自哪里？是暗物质消失所放出的能量还是其它来源？

以上就是解决暗物质的5个最為核心的问题，我们期待，21世纪将会是人类文明史上的一个里程碑，希望在我们的有生之年，能够看到暗物质这个世纪谜题被杰出的科学家团体或个人完美破解。届时，物理这门学科，将真正意义上变成一门全能性的学科。

作者简介：

辛炫理 1988，男，成都，云南大学研究生在读，理论物理方向