暗物質是什麼？我們最終會找到它嗎？5年後，將有可能實現。
星艦原型機SN15帶來的作用
SN15原型機的成功，樹立了國際“登陸標杆”，意味著星艦在未來擁有的無限可能，不僅可以登月登陸火星，還可以打造星艦戰隊，擁有人類史上第一批宇宙戰鬥團。
除此以外，人類還能夠在太空中，真正的探索及開發新能源，建立第二個“地球”，尋找外太空文明等等，這是邁出太陽系的第一步，也是擺脫地球枷鎖的第一步。
下一個風向標將是更為神秘的暗物質
事實上，暗物質才是我們今天所看到的宇宙的大規模結構的原因
。我們周圍到處都是看不見的，無法檢測到的東西，而且它有暗物質的怪異名稱。目前，有大量證據表明這種材料是真實的。那麼暗物質到底是什麼？我們怎麼知道它在那裡？科學家如何尋找它？
從植物到行星，從石頭到恆星，從人到英仙座星系團，我們所看到的一切都是由物質組成的。但是所有這些僅佔宇宙總物質的約15％。剩下的百分之八十五是絕大多數，原因不明–我們稱之為暗物質。
因為沒有吸收，反射或折射光，從而使它實際上不可見，因此贏得了該頭銜。在粒子物理學的標準模型中，沒有什麼可以解釋這一點，它仍然是人類解釋宇宙的最佳理論。全世界為此付出巨大的努力，試圖發現暗物質。
我們如何知道哪裡有暗物質？
答案是重力！
暗物質被認為遍及整個宇宙，任何具有質量的物體都具有引力，並且物體具有的質量越多，該力就越強。天文學家發現，諸如星系和星團之類的大型物體，它們的質量比可見的物體質量要大得多。
瑞士天體物理學家弗裡茨·茲維克（Fritz Zwicky）於1933年首次提出暗物質的概念。他正在研究一個星系團，發現了一個差異：似乎沒有足夠的質量來解釋這些星系的運動速度。
“當他觀察對星團質量的所有可見貢獻時，他發現在提供重力方面存在巨大的不足，以防止這些相對快速移動的星系僅離開星團，”墨爾本大學理論粒子物理教授雷蒙德·沃爾卡斯（Raymond Volkas）表示，“為什麼叢集完全融合在一起？因此，他推測必須存在另一個引人入勝但對我們不可見的元件。他稱之為暗物質。”
茲維克（Zwicky）的發現只是明顯缺少質量的第一個例子。1970年代後期，天文學家維拉·魯賓（Vera Rubin）和肯特·福特（Kent Ford）觀測了我們鄰近的銀河系仙女座（Andromeda）。這對二人期望看到銀河系邊緣的物體比靠近中心的軌道慢得多，但事實並非如此。
相反，該星系邊緣物體相對速度更趨於平緩，邊緣物體繞軌道執行的速度比可見光快得多。那麼，應該要有足夠的質量才行。
除了質量，還有引力透鏡察覺到了暗物質
另一個有力的證據是引力透鏡。由於光束會因重力場而失真，因此大質量的物體會使來自更遠物體的光線彎曲，並使這些物體看起來更大或更明亮，就像宇宙放大鏡一樣。在其他時候，它可以複製物體的影象，甚至可以複製“重播”事件，例如超新星。再次，這種鏡頭通常比中間物體的可見質量反應更加強烈。
宇宙中暗物質分佈的模擬檢視
天文學家推測，就像常規的東西一樣，暗物質被認為是在宇宙大爆炸中產生的，或者就像一個理論所暗示的那樣，甚至在宇宙爆炸之前就已經產生了。無論哪種方式，如果沒有暗物質，我們今天在宇宙中看到的結構都會大不相同。
在宇宙的早期，一切都比較順利。今天我們可以在宇宙微波背景下看到這一點，這是在大爆炸之後約40萬年產生的物質擴散。無論我們朝哪個方向看，這種輻射都看起來完全一樣。
但是如今，宇宙遠非一帆風順。這些團塊就是我們所看到的星系，星團，超團簇以及其他巨大的結構，它們之間總是有相對空白的空間。例如，在銀河系的隔壁就是“區域性虛空”，這個虛無區域跨越了數億光年。
所以說，宇宙要從超光滑的星團演化成塊狀的星團，必須受到暗物質的影響。
即使在宇宙初期，某些地區的暗物質也要比其他地區多一些。這些額外的質量意味著更大的引力，因此這些較稠密的區域吸引了規則的物質，而規則的物質又吸引了越來越多的物質。
最終，熱量和壓力導致這些物質袋點燃為恆星，從而開始了我們今天看到的行星系統，星系和星團的形成。宇宙以其本身的方式結構化的事實，進一步證明了暗物質的存在。
ABRACADABRA實驗未檢測到質量在0.31到8.3納伏電子之間的軸力訊號
尋找不可見且很少與常規物質相互作用的東西並不容易。因此，科學家首先要對暗物質的可能 原理進行理論化，然後設計並進行實驗以檢驗每個假設。
問題是，暗物質幾乎可以是任何東西，這便在無形之中增加了一道難題。
暗物質粒子可能是宇宙中最小的粒子，或者它們可能具有矮行星的質量，或者介於兩者之間。暗物質可能是“熱的”或“冷的”，與溫度無關，但描述了其移動的速度。它可能以激發態存在或具有較低的能量。
沃爾卡斯告訴我們：“眾所周知，暗物質可能存在過多的不同假設粒子或粒子集，令人尷尬。” “而且這些暗物質候選物的質量和其他性質的範圍是巨大的，所以我們根本不知道。
“理論家非常善於提出關於暗物質可能是什麼的推測，其中大多數是非常可靠的推測。因此，原則上它們都可能是正確的，但並非每個都正確。因此，我們需要做的是實驗和天文觀測，以試圖縮小尋找暗物質範圍，並實現事實。”
大型強子對撞機
不同型別的實驗正在尋找不同的理論暗物質顆粒。
也許最著名的實驗是歐洲核子研究組織（CERN）在大型強子對撞機（LHC）上進行的那些實驗。那裡，科學家正在嘗試透過創造條件來尋找暗物質。
在大型強子對撞機中，質子在極高的能量下發生碰撞，產生了其他粒子的簇射。有時，那些是科學家通常無法獲得的奇異粒子，人們希望暗物質可能在其中。
同樣，如果在這些碰撞之一中產生了暗物質，將不可能直接檢測到，而是它會漂浮在隧道外並不與檢測器發生相互作用。但是，這種未被發現的現象正是科學家在尋找的東西。
在物理學中，能量守恆和動量定律規定，在一個孤立的系統中，既不會產生能量也不會破壞動量。它們可能會更改形式，但數量將保持不變。因此，科學家們可以計算出質子碰撞之前消耗了多少能量和動量，並測量了之後的能量和動量。如果缺少任何內容，則表明存在某種事物（例如暗物質）逃逸並帶走了這種能量或動量。
最快2026年也許能找到答案
儘管多年來，大型強子對撞機已經執行了四次此類碰撞，但到目前為止，尚未發現任何可疑的暗物質訊號。但這有助於縮小範圍的可能性，因此將來的搜尋可以更加集中。
大型強子對撞機的高光度升級將於2026年完成，屆時，人類極有可能邁向文明史的下一步。
XENON1T設施的左側是裝有儀器本身的水箱
當大型強子對撞機在一種可能性範圍內進行搜尋時，其他實驗則試圖以不同的方式對其進行檢測。這些研究利用了暗物質有時可能透過重力以外的方式與常規物質相互作用的機會。
沃爾卡斯說：“大型強子對撞機僅對某些暗物質敏感。” “還有其他可能的暗物質候選者，大型強子對撞機是錯誤的實驗。尋找暗物質的另一種方法是透過稱為直接檢測實驗的方法。因此，您的想法是使用一個適當的大型探測器，將其置於非常安靜的環境中，不受可能模仿暗物質訊號的背景影響，然後您只需觀察探測器並等待原子核運動即可。突然無緣無故拉開拉鍊。這個想法是，暗物質粒子已經出現，撞擊了原子核並導致其滑落。”
這個基本概念已在世界各地的各種實驗中付諸實踐。探測器通常放置在深地下的房間中，遠離宇宙射線或電磁訊號之類的干擾。他們都在使用不同的物質作為檢測器，尋找不同的假設暗物質粒子。
LUX和XENON1T之類的實驗使用了巨大的氙氣罐來嘗試檢測被稱為弱相互作用的大顆粒（WIMP）的暗物質。這個想法是，當這些理論上的WIMP撞到儲罐中的氙原子時，它們會發出一種可以被儀器檢測到的閃光。
另一個建議將使用超流體氦代替。
邏輯上說，氦原子核比氙原子輕得多，因此氦氣對暗物質的撞擊應該更敏感。這意味著它可以拾取比其他實驗輕10，000倍的暗物質顆粒。
這個想法的一個變種就是所謂的“雪球室”。該提案使用的純淨水箱過冷至-20°C（-4°F）。在那些低於零的溫度下，對水分子的最小干擾會觸發閃蒸凍結。因此，如果突然由於沒有明顯原因結冰，則可能是暗物質訊號。這樣做的好處是，與氙氣或超流氦氣相比，水便宜得多，並且容易獲得。
其他科學家正在以完全不同的方式解決這個問題。一個提議的探測器建議使用十億個微小的擺錘陣列，這些擺錘懸掛在一個非常靜止的環境中。如果暗物質粒子碰巧透過儀器，它的重力影響將使這些擺擺排成一排。
透過軸（波浪線）的軸無線電
還有個說法，暗物質是一種稱為軸心的假想粒子。
如果它們存在，它們將是電中性的，非常輕的，並且會在任何地方以波浪形式漂移。但最重要的是，它們與電和磁之間應該有微小但可檢測的相互作用，而這可能正是它們展現自我的方式。
該ABRACADABRA實驗的目的是尋找軸子的磁指紋。這個想法是因為電磁場是如何工作的，所以在環形磁鐵的正中央應該沒有磁場。因此，如果您設定一個並觀察中間位置，那麼如果在那裡自發產生磁場，那麼軸將使自己知道。
在類似的想法中，斯德哥爾摩大學的科學家提出了一種被稱為“軸心無線電”的裝置。該探測器還使用了一塊強大的磁鐵，但在中央是一個裝有冷等離子體的腔室，該腔室包含一堆超細金屬絲。這次，任何穿過的軸將產生一個小的電場，該電場將驅動等離子體的振盪。
該nEDM實驗正在尋找不同的方式軸子。在這裡，中子被俘獲並帶電，然後監測其自旋。高壓會影響它們在特定頻率下的自旋速率-如果該頻率隨時間變化，則可能是軸突干擾的跡象。
在類似的實驗中，費米實驗室的物理學家正在使用包含量子位元（qubit）天線的超冷，超導腔來尋找軸突。那裡的想法是磁場可以將透過的暗物質粒子轉換為空腔中的光子，天線可以在其中探測到它們。
呈超輕玻色子形式的暗物質粒子可能會像跳上或跳下圓盤傳送帶一樣，從黑洞中吸收角動量
但是人類不必只是在自己的後院中尋找暗物質，這些物質遍佈整個宇宙，所以也許我們應該為此而展開太空中探索。
天文學家認為，被稱為無菌中微子的暗物質候選物質可能會分解為光子和正常中微子，並在此過程中釋放出X射線。在星系中尋找這些無法解釋的X射線爆發，可能是暗物質的發煙槍。
類似地，在中子星周圍的極端磁場中，軸可以變成可見光子
。有趣的是，伯克利實驗室（Berkeley Lab）的天文學家在2021年初報告說，發現了中子星發出的異常高能X射線，這很適合使用軸子。
在另一項研究中，天文學家尋找暗物質在黑洞上拖動的證據。這個想法是，如果存在一種特殊型別的超輕玻色子（包括軸），那麼這些微小粒子的雲團就會聚集在一定質量的黑洞周圍，並實際上減慢它們旋轉的速度。測量黑洞的自旋速度可以指示暗物質的存在。
尋找暗物質的過程仍在繼續
可惜的是，上述所有實驗都沒有返回有關暗物質的無效結果，或者目前僅是理論上的。但是，沒有訊號並不能使實驗完全失敗，沒有得到結果對於幫助縮小暗物質的範圍很重要。
每個測試都在一定質量範圍內並具有某些屬性的暗物質候選者進行搜尋，當我們將它們從列表中劃掉時，我們將越來越接近真相。而且它有助於將來進行許多實驗升級，從而使它們變得更加敏感。
同時，經常提出嶄新的想法。近年來，科學家建議暗物質可能以超重的引力子，d-star六夸克或什至是負質量的“暗流體”的形式滲透到宇宙中。
當然，這可能只是數學上的誤解，或許還有其他看不見的未知力在產生這些奇怪的引力效應。不管是什麼，對暗物質的搜尋都還遠遠沒有結束，並且有如此多的科學家進行搜尋，我們可能很快就會成為讓它成為有史以來最重要的科學發現之一，或者意識到人類也許已經被誰所操控。
