幾十年前，天體物理學家們充滿希望地想要發現暗物質，這種看不見的物質讓星系自轉速度遠超其恆星自身引力所允許的速度。但地球上為捕獲假想暗物質粒子而設定的地下陷阱，多年來測量的結果卻只有地下的寂靜。
我們周圍的暗物質應該比普通日常物質（構成恆星、行星和人類的物質）多五倍。因此，未能找到宇宙中這缺失的大塊——最近在XENONnT實驗的新結果（我參與了該實驗）中可見——已讓物理學家們爭先恐後地尋找解釋。但大多數此類嘗試只是微調現有理論，或轉向久經考驗的替代方案，僅僅是為了提出更多相同的東西：巨大的實驗努力來構建有史以來最靈敏的儀器，結果卻只是觀察到虛無。
如果天體物理學家們不在暗物質方面採取大膽、新穎且不同的嘗試，那麼這項搜尋只會停滯不前，直至衰退。幸運的是，我們走錯了方向這一令人震驚的現實，已讓一些人回到繪圖板，尋求新的發現途徑，而不是重蹈覆轍。這些更雄心勃勃、有時激進且牽強的想法，無論它們是否成功，至少都試圖正視嚴峻的形勢。
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一種更模糊的可能性
隨著地球探測器失效，絕望的物理學家們已開始向天空尋求答案。例如，一種新的暗物質搜尋將尋找具有“模糊暗物質”症狀的星系扭曲。該理論認為，暗物質粒子非常輕，以至於它們的行為像波而不是粒子。模糊暗物質粒子不是像隱形子彈一樣射穿地球的微小、區域性化的質量束，而是同時存在於星系的每個角落，就像您可以在紐約和洛杉磯收聽同一個衛星廣播電臺一樣。
在星系尺度上，模糊暗物質形成了一個起伏波動的潛在浴池，像安靜的靜態模糊一樣嗡嗡作響。它們的組合引力仍然將星系維繫在一起，但彌散的模糊粒子永遠不會像傳統粒子那樣撞擊原子，因此您永遠無法在地球上的探測器中看到它們——這可以解釋我們迄今為止的實驗失敗。
這個想法的各種版本已經存在了幾十年，但最近湧入了新的活力，因為理論家們意識到，這種暗物質可能會對星系產生特徵性影響，我們可以用合適的望遠鏡來尋找這些影響。例如，由於如此多的波粒子堆積在一起的干擾，這種波浪狀的模糊會在星系中形成自然的峰谷。透過仔細跟蹤星系中恆星的運動，我們或許能夠看到這些變化的跡象，從而證明星系粘合劑的漣漪性質。
在地下暗物質搜尋希望渺茫的時代，這些天文特徵使得模糊暗物質特別有吸引力。
引力探測器
一些雄心勃勃的實驗主義者開始探索使用現代量子力學感測器來記錄單個暗物質粒子飛掠地球時產生的微小引力。他們擔心，暗物質的引力可能是它與普通物質世界唯一的聯絡。
但是，只有當粒子具有比引力更強得多的其他相互作用時，我們才能在實驗室中測量它們。由於引力施加的拖力比任何其他力都弱得多，因此單個粒子的引力太小而無法察覺。您只能聚合測量它，就像星系中所有暗物質粒子一致地拉動一顆恆星一樣。這使得僅引力暗物質成為一種噩夢般的情況，因為它將無法直接探測到。或者我們曾經這樣認為。
現在，科學家們正試圖思考新的技術，這些技術將對對比傳統探測器所能看到的更微小的引力拉力敏感。當前的實驗性量子力學感測器可能僅在暗物質粒子恰好非常重的情況下才有效。但是，面對僅引力暗物質真實存在的可怕但日益增長的可能性，探索這一研究途徑是必要的，它可能會催生新的、有創造力的技術，這些技術甚至可以探測到更輕的粒子。
迴歸基礎
物理學中一個規模雖小但堅定的派系長期以來一直認為，我們不理解的是引力，而不是宇宙的構成。隨著暗物質粒子逃避探測，而我們的主要證據仍然是引力，這種想法正獲得新的吸引力。
這個領域的一個新穎想法來自荷蘭理論物理學家埃裡克·韋爾林德，他挑戰了引力根本不是一種力的觀點。相反，他從熱力學第二定律的要求開始，即宇宙的“熵”（一個量化事物“混合”程度的數字）趨於增加。韋爾林德聲稱，我們稱之為“引力”的現象僅僅是這種趨勢的結果——地面上的蘋果在某種程度上比樹上的蘋果構成了更混合的世界。
為了解釋這一點，他轉向了一個引力奇觀：黑洞。自 1970 年代以來，我們就知道引力和熵是相關的，這要歸功於黑洞。當物體落入黑洞並且黑洞變得更大時，它的熵就會增加。但是，韋爾林德真正利用了這種引力-熵聯絡，將其推廣以表明，透過巧妙地重新排列熵定律，您可以得到熟悉的引力定律。
根據韋爾林德的說法，我們將熵定律誤認為是一種單獨的力，導致我們誤解了恆星繞星系運動。他的理論預測了所有這些運動，而無需藉助暗物質。這個想法具有兩極分化性；批評者指出，“熵引力”理論的預測與極冷中子的量子測量不相容，但其他理論家站出來為韋爾林德辯護。但在暗物質希望渺茫的時代，兩極分化是好事；更多人應該像韋爾林德一樣進行宏大思考並引起關注。
過去十年的暗物質實驗之所以建立，是因為他們希望證明的假設具有優美的簡潔性。當他們反而排除它時，出現了一個小型產業，發明了更復雜的假設版本，以解釋它如何逃避當前探測器的探測，併為它們的後繼者辯護。動機不再是簡潔性，而是慣性。
這就是科學的本質；轉向比完全換擋更容易。但在某個時候，是時候要麼大幹一場，要麼回家了。我們最好的希望是朝著新的方向努力，甚至推倒長期以來的理論支柱，以便解決我們宇宙圖景中最令人尷尬的漏洞。
這是一篇觀點和分析文章，作者或作者表達的觀點不一定代表《大眾科學》的觀點。