20世紀30年代，瑞士天文學家弗裡茨·茲威基注意到，遙遠星系團中的星系彼此圍繞軌道運行的速度，遠遠快於給予它們可見質量的速度。他提出，一種看不見的物質，他稱之為暗物質，可能會在這些星系上產生引力。此後，研究人員證實，這種神秘物質可以在整個宇宙中找到，它的含量是構成恆星和人類等普通物質的正常物質的六倍。然而，儘管在整個宇宙中都能看到暗物質，科學家們大多仍在為之「撓頭」。以下是關於暗物質的11個最大的未解問題。
1、什麼是暗物質？
首先，也許最令人困惑的是，研究人員仍然不確定暗物質到底是什麼。最初，一些科學家推測宇宙中丟失的物質是由微弱的小恆星和黑洞組成的，儘管詳細的觀測並沒有發現足夠多的此類物體來解釋暗物質的影響，正如美國能源部費米實驗室的物理學家唐·林肯先前為《生命科學》所寫的那樣。目前暗物質地幔的主要競爭者是一種被稱為弱相互作用質量粒子的假想粒子，它的行為有點像中子，只是比質子重10到100倍，林肯寫道。然而，這一猜想只引出了更多的問題，例如…
2、我們能探測到暗物質嗎？
如果暗物質是由相互作用粒子製造的，那麼它們應該在我們周圍，而且應該是能得見。為什麼我們還沒有找到呢？雖然它們不會與普通物質發生太多的相互作用，但暗物質粒子在穿越太空時，像質子或電子一樣撞擊普通粒子的可能性總是很小的。因此，研究人員建立了一個又一個的實驗來研究地下深處的大量普通粒子，在那裡它們被屏蔽，不受可能模擬暗物質粒子碰撞的幹擾輻射。經過幾十年的搜索，這些探測器中沒有一個突破性的發現。今年早些時候，中國的PandaX實驗室報告了最新的、未被發現的弱相互作用大質量粒子。美國加州大學河濱分校的物理學家海博宇說，暗物質粒子似乎比弱相互作用大質量粒子小得多，或者缺乏使其易於研究的特性。
3、暗物質是由多個粒子組成的嗎？
普通物質是由日常的粒子如質子和電子組成的，還有一大堆更奇特的粒子如中微子、μ子和π。因此，一些研究人員懷疑佔宇宙物質85%的暗物質是否也同樣複雜。哈佛大學的物理學家安德烈·卡茨說：「沒有充分的理由假設宇宙中所有的暗物質都是由一種粒子構成的。」卡茨說，暗質子可以與暗電子結合形成暗原子，產生與可見世界中發現的一樣多樣和有趣的結構。儘管這些提議在物理實驗室中越來越多地被想像出來，但科學家們至今還沒有找到一種方法來證實或否認這些提議。
4、黑暗勢力存在嗎？
除了暗物質的附加粒子，暗物質也有可能經歷類似於常規物質所感受到的力。一些研究人員已經在尋找「暗光子」，這就像普通粒子之間交換的光子，產生電磁力，只是它們只能被暗物質粒子感受到。義大利物理學家正準備將一束電子及其反粒子（正電子）粉碎成一顆鑽石，正如之前報導的那樣。如果暗光子真的存在，電子-正電子對可能會湮滅並產生一種奇異的攜帶力的粒子，從而有可能打開宇宙中一個嶄新的領域。
5、暗物質可以由軸子構成嗎？
隨著物理學家越來越不喜歡弱相互作用大質量粒子，其他暗物質粒子也開始受到青睞。其中一個主要的替代物是一個被稱為軸子的假想粒子，它將非常輕，可能只有10個提升到比質子質量小的31次方。軸子現在正在幾個實驗中被尋找著，最近的計算機模擬提高了這些軸子形成類似恆星的物體的可能性，這種物體可能會產生可探測的輻射，這與之前的報導中稱為快速射電爆發的神秘現象非常相似。
6、暗物質有什麼性質？
天文學家通過暗物質與普通物質的引力相互作用發現了暗物質，這表明這是暗物質在宇宙中存在的主要方式。但是，當研究人員試圖了解暗物質的真實性質時，卻幾乎沒有什麼可繼續的了。根據一些理論，暗物質粒子應該是它們自己的反粒子，這意味著兩個暗物質粒子在相遇時會相互湮滅。國際空間站上的阿爾法磁譜儀實驗自2011年以來一直在尋找這種毀滅的信號，並已經探測到數十萬次事件。科學家們仍然不確定這些物質是否來自暗物質，而且這個信號還沒有幫助他們確定到底是什麼暗物質。
7、每個星系都存在暗物質嗎？
因為暗物質比普通物質大得多，所以人們常說暗物質是組織星系和星系團等大型結構的控制力。因此，奇怪的是，今年早些時候，天文學家宣布，他們發現了一個名為NGC1052-DF2的星系，似乎根本不包含任何暗物質。耶魯大學的皮特範多庫姆當時說：「暗物質顯然不是形成星系的必要條件」。然而，今年早些時候，另一個研究小組發表了一份分析報告，指出範多庫姆的研究小組錯測了與銀河系的距離，這意味著它的可見物質比第一次發現的要暗得多，也比先前提出的更輕，而且它的質量更多地在暗物質中。
8、達瑪/天秤座的結果怎麼樣？
粒子物理學中一個由來已久的謎團，是一個被稱「達瑪/天秤座」的歐洲實驗的令人費解的結果。這個探測器位於義大利格蘭薩索山下的一個地下礦井中，一直在尋找暗物質粒子的周期振蕩。當地球在繞太陽的軌道上運行時，當它穿過環繞太陽系的暗物質銀河流（有時稱為暗物質風）時，這種振蕩就會產生。自1997年以來，「達瑪/天秤座」一直聲稱能準確地看到這個信號，儘管沒有其他實驗能看到這樣的信號。
9、暗物質能帶電荷嗎？
一個來自「時間之初」的信號，讓一些物理學家認為暗物質可能帶有電荷。宇宙大爆炸後僅1.8億年，宇宙早期的恆星就發出了波長為21釐米的輻射，然後被同時存在的冷氫吸收。當今年2月探測到這種輻射時，它的特徵表明氫比科學家們預測的要冷得多。哈佛大學的天體物理學家朱利安·穆尼奧斯假設，帶電荷的暗物質可以從無處不在的氫中吸走熱量，這種氫有點像漂浮在檸檬水中的冰塊，但這一猜想尚未得到證實。
10、普通粒子能衰變為暗物質嗎？
中子是壽命有限的規則物質粒子，大約14.5分鐘後，一個從原子中脫離的孤立中子將衰變為一個質子、一個電子和一個中微子。但是根據7月份的一項研究中引用的實驗結果，兩種不同的實驗裝置給出的衰變壽命略有不同，兩者相差約9秒。今年早些時候，物理學家提出，如果有1%的時間，一些中子正在衰變為暗物質粒子，這就可以解釋這種異常現象。新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國家實驗室的克里斯多福·莫裡斯和他的團隊監測中子，尋找可能是暗物質但無法探測到任何東西的信號。他們認為，根據這項研究，其他的衰變情況可能仍然存在。
11、暗物質真的存在嗎？
考慮到科學家們在試圖探測和解釋暗物質時所面臨的困難，一個合理的提問者可能會懷疑他們所做的一切是否都錯了。許多年來，少數物理學家提出了這樣的觀點：也許我們的引力理論是完全錯誤的，基本力在大尺度上的作用與我們預期的不同。這些建議通常被稱為「修正牛頓動力學」或MOND模型，它們假設不存在暗物質，恆星和星系相互旋轉的超快速度是引力，以令人驚訝的方式運行的結果，「暗物質仍然是一個未經證實的模型，」物理學家唐·林肯在《生命科學解釋》中寫道。然而，批評者還沒有說服更大範圍的人，去相信他們的理論，但是最新的證據表明暗物質是真實存在的。