暗物質(zhì)本質(zhì)原理的猜想

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暗物質(zhì)，一個(gè)幾乎可以說(shuō)是家喻戶曉的名詞。它占據(jù)了宇宙質(zhì)量的90%或更多，但它獨(dú)立于標(biāo)準(zhǔn)模型之外，既不發(fā)射電磁輻射，也不反射電磁輻射，而只通過(guò)引力作用與我們的宇宙物質(zhì)世界相聯(lián)系。為了找尋暗物質(zhì)，許多杰出的物理學(xué)家投身其中，從理論到實(shí)驗(yàn)，提出了許多千奇百怪的模型公式，但目前為止，沒(méi)有一個(gè)能徹底解決其實(shí)際問(wèn)題。下面，結(jié)合暗物質(zhì)自身的發(fā)展歷史，來(lái)談?wù)勛约旱睦斫狻?/p>

在1915年的時(shí)候，愛(ài)因斯坦根據(jù)相對(duì)論得出宇宙的形狀取決于宇宙質(zhì)量的多少。他認(rèn)為：宇宙是有限封閉的。如果是這樣，宇宙中物質(zhì)的平均密度必須達(dá)到每立方厘米5×10的負(fù)30次方克。但是，迄今可觀測(cè)到的宇宙的密度，卻比這個(gè)值小100倍。也就是說(shuō)，宇宙中的大多數(shù)物質(zhì)“失蹤”了，科學(xué)家將這種“失蹤”的物質(zhì)叫“暗物質(zhì)”。用數(shù)學(xué)模型來(lái)解釋，即將相應(yīng)的時(shí)空度規(guī)場(chǎng)和相應(yīng)的同性介質(zhì)的能-動(dòng)張量代入到愛(ài)因斯坦場(chǎng)方程中，繼而得到宇宙學(xué)密度的符號(hào)。如果宇宙中的物質(zhì)主要表現(xiàn)為發(fā)光的星系，其密度應(yīng)當(dāng)為： 。不過(guò)，通過(guò)天文觀測(cè)所給出的實(shí)驗(yàn)值表明： 。 ，表明我們實(shí)際的空間存在著大量無(wú)法觀測(cè)的物質(zhì)成分，科學(xué)家將其定義為暗物質(zhì)。到目前為止，中微子和黑洞已被證實(shí)屬于暗物質(zhì)，但其比例微小，并不構(gòu)成其主體，而理論上的弱相互作用大質(zhì)量粒子，軸子，超對(duì)稱粒子等也缺乏嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)證據(jù)來(lái)表明?，F(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家們，主要通過(guò)引力透鏡法、觀測(cè)漩渦星系的曲線等手段來(lái)間接推斷暗物質(zhì)的分布情況。到2016年，最新的探測(cè)結(jié)果表明，暗物質(zhì)之間可能存在第五種未知的力。這樣一來(lái)，其詭異性又大大增加了。接著，個(gè)人談?wù)勛约旱挠^點(diǎn)。

首先，我們接受這樣一個(gè)基本事實(shí)：暗物質(zhì)是的確存在的。那么，為什么它有如此奇特的性質(zhì)而背離于我們的日常生活經(jīng)驗(yàn)?zāi)兀繌V義相對(duì)論和量子場(chǎng)論分別在各自的領(lǐng)域取得了巨大成功，但二者卻不能協(xié)調(diào)統(tǒng)一在一起。超弦理論雖然在數(shù)學(xué)上完美統(tǒng)一了上述相互作用，但其基礎(chǔ)是超對(duì)稱。而2016年夏天疑似的雙光子峰的消失，同時(shí)并未出現(xiàn)新的雙光子峰的結(jié)果也表明對(duì)超對(duì)稱粒子的探索基本結(jié)束，以維爾切克等為代表的超對(duì)稱理論的堅(jiān)定支持者們徹底輸給了Hooft等人，至少表明超弦理論需要進(jìn)一步修改的可能性達(dá)到了99%。

此外，兩者理論本身，也有一定的不完備性，盡管引力波在2016年被LIGO組在觀察雙黑洞合并的過(guò)程中所探測(cè)到，但之后的數(shù)據(jù)分析卻顯示，愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論在黑洞邊緣的極端條件下會(huì)失效，客觀也說(shuō)明其應(yīng)該得到進(jìn)一步修正。而場(chǎng)論中的發(fā)散項(xiàng)本身背后的物理實(shí)質(zhì)始終沒(méi)有得到具體的解釋，這些都有待于科學(xué)家們的進(jìn)一步探索。

最后，有關(guān)世界歷史上還存在一些未解之謎，如瑪雅文明的起源，古埃及金字塔的建造，亞特蘭蒂斯是否真實(shí)存在，UFO的高速飛行原理等。這些到現(xiàn)在為止也缺乏一個(gè)統(tǒng)一的論證，基本上是眾說(shuō)紛紜。所有的這一切均表明，未來(lái)需要改進(jìn)的地方還有很多。

綜上所述，個(gè)人以為復(fù)雜現(xiàn)象的背后往往蘊(yùn)藏著簡(jiǎn)單的原理，可能就是我們所說(shuō)的終極原理。要想徹底解決暗物質(zhì)的問(wèn)題，必須先將四大作用力統(tǒng)一在一個(gè)優(yōu)雅簡(jiǎn)單的模型之中，它包容目前所有的已知實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和物理性質(zhì)，然后基于此背景，來(lái)設(shè)計(jì)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方案，從而有的放矢。否則，在一個(gè)不成熟的理論體系框架背后，探索失敗的可能性會(huì)很大。暗物質(zhì)本身的模型以WIMP和軸子，額外維作用為主流。但必須從第一性原理出發(fā)解決下面的問(wèn)題才能表明其被徹底解決：

1. 有關(guān)暗物質(zhì)之間的相互作用是否真實(shí)存在，它是否歸為第五種作用力？

2. 為什么僅僅引力可以被滲透到額外維，其余的相互作用是受到什么約束而被限定在四維時(shí)空里？

3. 引力和物質(zhì)質(zhì)量密切相連系，那么在暗物質(zhì)與正常粒子的碰撞過(guò)程中，有無(wú)可能引發(fā)粒子質(zhì)量的波動(dòng)性？

4. 有沒(méi)有暗暗物質(zhì)的存在？（注：暗暗物質(zhì)是只與暗物質(zhì)作用而不與我們所處世界的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，但它改變了暗物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)軌跡以及分布形態(tài)，從而間接影響我們的世界的變化。）

5. 與暗物質(zhì)密切相關(guān)的暗能量來(lái)自哪里？是暗物質(zhì)消失所放出的能量還是其它來(lái)源？

以上就是解決暗物質(zhì)的5個(gè)最為核心的問(wèn)題，我們期待，21世紀(jì)將會(huì)是人類文明史上的一個(gè)里程碑，希望在我們的有生之年，能夠看到暗物質(zhì)這個(gè)世紀(jì)謎題被杰出的科學(xué)家團(tuán)體或個(gè)人完美破解。屆時(shí)，物理這門(mén)學(xué)科，將真正意義上變成一門(mén)全能性的學(xué)科。

作者簡(jiǎn)介：

辛炫理 1988，男，成都，云南大學(xué)研究生在讀，理論物理方向