近50年，科學界一直在努力尋找答案：宇宙中大量的不可見物質(zhì)是什么？

我們所能看到是：恒星、行星、宇宙塵埃，以及這些物質(zhì)之間那些存在的可見物體。但這些物質(zhì)都無法解釋為什么宇宙能以當前的方式存在并運動。而依據(jù)目前的理念，實際上宇宙中的物質(zhì)應(yīng)是我們所見物的五倍。那么究竟是存在了什么？

那些不可見物完全不反射光或與光不會產(chǎn)生交互反應(yīng)，對于人眼或人類目前各種探測技術(shù)手段，都表現(xiàn)為不可見。這些占據(jù)宇宙大部分質(zhì)量，難以捉摸且看不見的物質(zhì)，只能暫命名為暗物質(zhì)dark matter.

在1970年代，美國天文學家維拉·魯賓（Vera Rubin）和W·肯特·福特（W. Kent Ford）通過觀察在螺旋星系邊緣運行的恒星，證實暗物質(zhì)的存在。他們指出，這些恒星的移動速度太快了，完全超出了該星系內(nèi)可見物質(zhì)所具有的引力約束能力。但是，這些恒星并沒有飛出該星系，整個星系也沒有散架，唯一的解釋是大量看不見的力量將這個星系束縛控制成目前的狀態(tài)（這項研究基于1930年代瑞士天文學家弗里茨·茲威基（Fritz Zwicky）提出的假設(shè)）。

從那時起，科學家們對暗物質(zhì)有非常多的猜測。從未知粒子到額外維度，但沒有一種假設(shè)能說明多數(shù)人。科學家們也一直試圖直接觀察暗物質(zhì)，建造了大型設(shè)備來探測它——但到目前為止，毫無所獲。

英國著名物理學家斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）曾經(jīng)推測暗物質(zhì)隱藏在大爆炸時形成的黑洞中。可是黑洞理論一直非常難以捉摸——在20世紀初，絕大多數(shù)人以為那只是一個數(shù)學上的有趣現(xiàn)象，與物理無關(guān)。但這一理論在大約10年前開始重新被重視，并展現(xiàn)出積極作用。

一秒鐘的10的18次冪分之一

在里程碑式的2015年，研究者們發(fā)現(xiàn)愛因斯坦提出的引力波，是由黑洞碰撞產(chǎn)生的。并清楚地表明它們無處不在，幾乎每個星系的中心都有一個黑洞。

宇宙中充滿了黑洞，這已經(jīng)是不爭的事實，但是暗物質(zhì)粒子從來沒有被捕捉發(fā)現(xiàn)，盡管科學家們已經(jīng)尋找了所有大家期待其可能存在的地方。這樣的現(xiàn)狀，并不是說暗物質(zhì)不是粒子，也不是說它肯定是黑洞。它可能是兩者的混合，黑洞可能就是暗物質(zhì)承載者。

2024年6月6日發(fā)表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）雜志上，來自麻省理工學院研究人員的文章表明，利用霍金關(guān)于黑洞的著名計算，特別是他關(guān)于黑洞發(fā)出輻射的重要概念，推測出某些“奇異的原生黑洞”是回答暗物質(zhì)問題的最合適答案。這些原生黑洞一定是在大爆炸前的10的十八次冪分之一秒出現(xiàn)的。這個時間點非常早，比質(zhì)子和中子（構(gòu)成一切的基礎(chǔ)粒子）形成的那一刻都要早得多。

在我們的日常現(xiàn)實世界中，我們找不到分裂的質(zhì)子和中子，它們已經(jīng)是基本粒子。然而，理論上我們知道它們不是，它們應(yīng)該是存在更小的粒子，例如夸克和其它我們理論推測的粒子如膠子，結(jié)合在一起而形成的。

現(xiàn)在，已經(jīng)無法在宇宙中找到單獨存在的夸克和膠子，因為太寒冷。但是在大爆炸的早期，非常火熱，他們可以單獨并自由的存在。因此，自由夸克和膠子形成了原生黑洞，從此“消失”在我們的宇宙世界。

這種黑洞與科學家通常在宇宙中觀察到的天體物理黑洞存在根本性質(zhì)的不同，因為后者是恒星坍縮的結(jié)果。此外，原生黑洞會極小——平均而言，已經(jīng)凝結(jié)成單個原子的體積大小，但質(zhì)量相等于一顆小行星。假如足夠多數(shù)量的這些原始黑洞沒有在早期大爆炸中蒸發(fā)，并存續(xù)到現(xiàn)在，那么它們或許就解釋了什么是暗物質(zhì)。

原始黑洞可能還只是暗物質(zhì)的一小部分，暗物質(zhì)的數(shù)量是普通物質(zhì)的五倍，而普通物質(zhì)是由一大堆不同的粒子形成的。那么，暗物質(zhì)會是一種單一類型嗎？目前也只能是一種猜測。但至少，人類已經(jīng)找到了暗物質(zhì)是什么的方向。