1932年，荷蘭天文學家揚·奧爾特首次提出“失蹤質量”的概念時，他或許不會想到這個概念將演變成籠罩現代物理學九十多年的陰云——暗物質。

近一個世紀里，這個不可見、不反射、幾乎不參與電磁相互作用的物質形態被寫入宇宙學標準模型，被描繪成維系星系不散的引力骨架。

物理學家們默認宇宙由4.9%的普通物質、26.8%的暗物質和68.3%的暗能量組成。

然而當中國錦屏地下實驗室的PandaX-4T實驗在2025年再次未能探測到暗物質粒子時，科學界開始彌漫一股不安：暗物質是否正重蹈“以太”的覆轍？

現代宇宙學的標準ΛCDM模型建立在暗物質存在的假設上。這個模型認為，暗物質像無形的腳手架，支撐著星系的結構和運動。

在觀測星系旋轉曲線時，天文學家發現了一個詭異現象：按照牛頓引力定律，星系外圍恒星的速度應該隨著距離中心變遠而下降。但實際觀測到的速度卻比理論計算高出許多。

在1970年代，這個異常現象被大量記錄，暗示著星系中存在著大量不可見的物質。

暗物質理論似乎提供了一個優雅的解決方案：這些看不見的物質提供了額外的引力，使恒星能夠高速旋轉而不飛離星系。然而，隨著時間推移，這一理論遭遇了多重挑戰。

首先，對最具希望的暗物質候選者——大質量弱相互作用粒子（WIMP）的搜尋一再落空。幾十年來，全球科學家在地下實驗室、太空探測器和高山天文臺布下天羅地網，卻始終未能直接探測到WIMP。

PandaX-4T實驗的最新結果進一步降低了暗物質反應截面的上限，意味著理論中的暗物質粒子更難被發現了。

更棘手的是，ΛCDM模型在解釋星系具體行為時顯得力不從心。它無法自然推導出重子塔利-費希爾關系（BTFR），這一經驗公式描述了旋渦星系的光度與旋轉速度之間的關系。

當科學家試圖在ΛCDM框架內重現這一關系時，必須加入非常嚴格的限制并對星系演化機制進行不自然的修改。

與此同時，星系旋轉曲線的異常特征也挑戰著暗物質理論。旋轉速度在星系中心區域基本正常，只有在遠離中心時才顯著上升并趨于穩定。這種現象被稱為“旋轉曲線的漸進平坦性”。

而異常高的旋轉速度只在引力加速度低于一個特定的極低值（a0）時出現——這個值在太陽系內任何地方都未達到過。

這些困境催生了一個根本性問題：我們是否誤解了引力本身？

1983年，以色列物理學家莫德采·米爾格若姆提出了一個大膽的替代理論：修正牛頓動力學（MOND）。

他認為不需要引入暗物質，只需在極低加速度條件下修正牛頓引力定律，就能解釋星系旋轉曲線的異常。

MOND理論有一個驚人優勢：它能精確導出重子塔利-費希爾關系，而暗物質模型卻難以自然重現這一觀測現象。

更令人驚訝的是，相同的修正——一個單一的、一致的修正——可以解釋從最小到最大所有星系的旋轉曲線。

然而長期以來，MOND面臨一個致命弱點：它無法解釋宇宙微波背景輻射（CMB）的光譜。

CMB是現代宇宙學的基石，任何理論必須與它的數據相符。而ΛCDM模型不僅能解釋CMB，還能從中計算出宇宙中暗物質的含量。

這一僵局在2020年被打破。捷克理論物理學家康斯坦丁斯·斯科迪斯和湯姆·茲沃什尼克提出了MOND理論的相對論版本——RMOND。

他們在最大的宇宙尺度上添加了一個額外的場，無需暗物質就完美預言了CMB的細節，補上了MOND理論的“阿喀琉斯之踵”。

另一個更為激進的理論在2025年由阿拉巴馬大學的Richard Lieu博士提出。他在《皇家天文學會月報》上發表論文，首次證明了引力可以在沒有質量的情況下存在。

Lieu認為宇宙中常見的同心殼狀拓撲缺陷——可能是早期宇宙相變時產生的——可以解釋星系和星系團所需的“過量”引力。

“這些殼由一層薄的正質量內層和一層薄的負質量外層組成；兩層的總質量恰好為零，” Lieu解釋說，“但當一顆恒星位于這個殼上時，它會受到強大的引力，向殼的中心拉動”。

這一機制通過空間-時間彎曲產生引力效應，類似于光線經過大質量天體時的彎曲現象。這些零質量殼層的引力效應模擬了暗物質的存在，為解釋宇宙現象提供了全新視角。

理論競爭需要實驗裁決。2025年，一項針對175個星系的研究提供了支持MOND理論的關鍵證據。

研究團隊分析了斯皮策測光和精確旋轉曲線數據庫，將每個星系的旋轉曲線與附近星系的平均分布進行比較。

在ΛCDM模型中，附近星系的分布不應影響單個星系的旋轉曲線。但MOND理論預測了“外場效應”——來自其他星系的引力會調整遠離星系中心恒星的慣性質量，影響它們的運動速度。

研究結果令人震驚：星系旋轉曲線確實受到周圍星系分布的影響，其效應達到了8到11西格瑪的顯著性。

在物理學中，5西格瑪已經是確認發現的黃金標準，這一結果強烈支持了MOND理論的核心預測。

在微觀世界，科學家們也在尋找可能關聯暗物質的“第五種力”。2025年7月，蘇黎世聯邦理工學院的團隊宣布了一項超高精度實驗的結果。

他們利用電磁場將鈣的5種同位素囚禁于“離子阱”中，使用激光進行精密能級測量。

通過比較不同同位素間因中子數量不同而產生的細微能級偏移，測量精度比以往提升了100倍。雖然團隊觀測到了意外的能級偏移，但尚未能確認這是否就是第五種力的證據。

“我們已經更明確地知道，這種假設力量若存在，其強度上限在哪，” 論文第一作者克雷克表示。

這項研究為第五種力的傳遞粒子特性設定了更嚴密的限制，為未來探索奠定了基礎。

在深空觀測方面，天文學家發現了一種全新的宇宙現象。被稱為ASKAP J1832-0911的天體每44分鐘發射一次持續兩分鐘的無線電波和X射線脈沖。

這是人類首次在X射線下探測到這類被稱為“長周期瞬變”（LPT）的物體。

自2022年首次發現LPT以來，科學家僅編目了10個類似天體。現有理論推測它們可能是磁星（具有強大磁場的死恒星核心）或是包含高磁化白矮星的雙星系統。

但正如主要研究者安迪·王所言：“即使是這些理論也不能完全解釋我們所觀察到的情況。這一發現可能表明一種新的物理學或恒星演化的新模型”。

面對直接探測WIMP的屢次失敗，物理學家正在探索超越WIMP的暗物質候選者。在2023年上海天文臺的一次研討會上，研究者重點討論了兩種有前景的方案：類軸子粒子暗物質和原初黑洞暗物質。

類軸子粒子是超輕暗物質候選者，可以通過與光子的轉換在中子星周圍產生可探測的無線電輻射。它們還會影響大尺度結構形成，在21厘米輻射觀測中留下痕跡。

原初黑洞則被認為是宇宙極早期密度漲落直接坍縮形成的黑洞。探測它們需要多信使方法，結合射電信號、宇宙微波背景、伽馬射線和引力波等多種觀測手段的互補限制。

2025年6月，《物理評論D》發表的一項研究探索了另一種可能性：兩場模糊暗物質（2FDM）模型。

傳統的模糊暗物質模型（質量約為10^{-22}電子伏特的超輕粒子）在解釋矮星系多樣性方面遇到挑戰。

但引入多個場的模糊暗物質模型——特別是考慮到弦理論預測的對數分布質量譜的多重軸子物種——可以提供解決方案。

數值模擬顯示，根據形成時間和局部潮汐活動的不同，晚期暗物質暈可以擁有嵌套核心的孤子或一個主導物種的孤子，呈現出豐富的結構多樣性。

這些新候選者不再局限于單一粒子，而是指向一個更為復雜、層次化的暗物質生態系統，甚至可能包含不同類型的成分共同構成宇宙中不可見的物質。

科學史一再上演相似劇情：當一個理論反復調整自身以適應反面證據時，可能預示著范式轉變的臨近。暗物質理論如今就處于這樣的關鍵節點。

雖然ΛCDM模型仍是宇宙學的主流框架，但科學家對其信心已不如以往堅定。2014年版《粒子物理學評論》曾宣稱：“（宇宙學的）統一模型已經建立起來了，似乎沒剩下多少空間能對這個范式進行大幅度的修改”。

這句話與20世紀初開爾文勛爵“物理學大廈已經建成”的論斷驚人相似——而眾所周知，那之后不久相對論和量子力學就徹底重建了物理學大廈。

在WIMP搜尋即將覆蓋理論上可能的質量范圍之際，我們面臨三種可能性：現有技術無法探測到WIMP；暗物質不是WIMP；或者最激進地——暗物質根本不存在。

如果暗物質不存在，那么替代理論所揭示的宇宙圖景將更為奇特。可能是引力在低加速度下遵循不同定律（MOND），可能是空間本身的結構缺陷產生引力（Lieu的殼層理論），也可能是我們尚未理解的粒子構成復雜的暗物質生態系統。

每一次望遠鏡望向深空，每一次粒子對撞，每一次地下探測器的閃爍，都可能帶來顛覆現有認知的發現。

正如ASKAP射電望遠鏡和錢德拉X射線天文臺捕捉到神秘長周期瞬變天體所證明的：宇宙仍充滿我們無法解釋的信號。

“宇宙還有太多未解之謎，” 科技日報在評論這一發現時寫道，“它的神奇律動仿佛是從宇宙發來的一封信，刷新人類對天體行為的認知”。

無論暗物質的真相如何，探索過程已經并將繼續推動人類對宇宙的理解。從原子核內的第五種力到星系邊緣的異常運動，從地下實驗室的鍺探測器到深空中的X射線望遠鏡，科學家正在多戰線推進這場宇宙之謎的求解。

或許正如物理學家理查德·費曼所說：“科學的不確定性是至關重要的，它是科學進步的動力。”暗物質的謎團正孕育著比暗物質本身更為奇特的物理新大陸。