几十年前，天体物理学家们充满希望地想要发现暗物质，这种看不见的物质让星系自转速度远超其恒星自身引力所允许的速度。但地球上为捕获假想暗物质粒子而设置的地下陷阱，多年来测量的结果却只有地下的寂静。
我们周围的暗物质应该比普通日常物质（构成恒星、行星和人类的物质）多五倍。因此，未能找到宇宙中这缺失的大块——最近在XENONnT实验的新结果（我参与了该实验）中可见——已让物理学家们争先恐后地寻找解释。但大多数此类尝试只是微调现有理论，或转向久经考验的替代方案，仅仅是为了提出更多相同的东西：巨大的实验努力来构建有史以来最灵敏的仪器，结果却只是观察到虚无。
如果天体物理学家们不在暗物质方面采取大胆、新颖且不同的尝试，那么这项搜索只会停滞不前，直至衰退。幸运的是，我们走错了方向这一令人震惊的现实，已让一些人回到绘图板，寻求新的发现途径，而不是重蹈覆辙。这些更雄心勃勃、有时激进且牵强的想法，无论它们是否成功，至少都试图正视严峻的形势。
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一种更模糊的可能性
随着地球探测器失效，绝望的物理学家们已开始向天空寻求答案。例如，一种新的暗物质搜索将寻找具有“模糊暗物质”症状的星系扭曲。该理论认为，暗物质粒子非常轻，以至于它们的行为像波而不是粒子。模糊暗物质粒子不是像隐形子弹一样射穿地球的微小、局部化的质量束，而是同时存在于星系的每个角落，就像您可以在纽约和洛杉矶收听同一个卫星广播电台一样。
在星系尺度上，模糊暗物质形成了一个起伏波动的潜在浴池，像安静的静态模糊一样嗡嗡作响。它们的组合引力仍然将星系维系在一起，但弥散的模糊粒子永远不会像传统粒子那样撞击原子，因此您永远无法在地球上的探测器中看到它们——这可以解释我们迄今为止的实验失败。
这个想法的各种版本已经存在了几十年，但最近涌入了新的活力，因为理论家们意识到，这种暗物质可能会对星系产生特征性影响，我们可以用合适的望远镜来寻找这些影响。例如，由于如此多的波粒子堆积在一起的干扰，这种波浪状的模糊会在星系中形成自然的峰谷。通过仔细跟踪星系中恒星的运动，我们或许能够看到这些变化的迹象，从而证明星系粘合剂的涟漪性质。
在地下暗物质搜索希望渺茫的时代，这些天文特征使得模糊暗物质特别有吸引力。
引力探测器
一些雄心勃勃的实验主义者开始探索使用现代量子力学传感器来记录单个暗物质粒子飞掠地球时产生的微小引力。他们担心，暗物质的引力可能是它与普通物质世界唯一的联系。
但是，只有当粒子具有比引力更强得多的其他相互作用时，我们才能在实验室中测量它们。由于引力施加的拖力比任何其他力都弱得多，因此单个粒子的引力太小而无法察觉。您只能聚合测量它，就像星系中所有暗物质粒子一致地拉动一颗恒星一样。这使得仅引力暗物质成为一种噩梦般的情况，因为它将无法直接探测到。或者我们曾经这样认为。
现在，科学家们正试图思考新的技术，这些技术将对对比传统探测器所能看到的更微小的引力拉力敏感。当前的实验性量子力学传感器可能仅在暗物质粒子恰好非常重的情况下才有效。但是，面对仅引力暗物质真实存在的可怕但日益增长的可能性，探索这一研究途径是必要的，它可能会催生新的、有创造力的技术，这些技术甚至可以探测到更轻的粒子。
回归基础
物理学中一个规模虽小但坚定的派系长期以来一直认为，我们不理解的是引力，而不是宇宙的构成。随着暗物质粒子逃避探测，而我们的主要证据仍然是引力，这种想法正获得新的吸引力。
这个领域的一个新颖想法来自荷兰理论物理学家埃里克·韦尔林德，他挑战了引力根本不是一种力的观点。相反，他从热力学第二定律的要求开始，即宇宙的“熵”（一个量化事物“混合”程度的数字）趋于增加。韦尔林德声称，我们称之为“引力”的现象仅仅是这种趋势的结果——地面上的苹果在某种程度上比树上的苹果构成了更混合的世界。
为了解释这一点，他转向了一个引力奇观：黑洞。自 1970 年代以来，我们就知道引力和熵是相关的，这要归功于黑洞。当物体落入黑洞并且黑洞变得更大时，它的熵就会增加。但是，韦尔林德真正利用了这种引力-熵联系，将其推广以表明，通过巧妙地重新排列熵定律，您可以得到熟悉的引力定律。
根据韦尔林德的说法，我们将熵定律误认为是一种单独的力，导致我们误解了恒星绕星系运动。他的理论预测了所有这些运动，而无需借助暗物质。这个想法具有两极分化性；批评者指出，“熵引力”理论的预测与极冷中子的量子测量不相容，但其他理论家站出来为韦尔林德辩护。但在暗物质希望渺茫的时代，两极分化是好事；更多人应该像韦尔林德一样进行宏大思考并引起关注。
过去十年的暗物质实验之所以建立，是因为他们希望证明的假设具有优美的简洁性。当他们反而排除它时，出现了一个小型产业，发明了更复杂的假设版本，以解释它如何逃避当前探测器的探测，并为它们的后继者辩护。动机不再是简洁性，而是惯性。
这就是科学的本质；转向比完全换挡更容易。但在某个时候，是时候要么大干一场，要么回家了。我们最好的希望是朝着新的方向努力，甚至推倒长期以来的理论支柱，以便解决我们宇宙图景中最令人尴尬的漏洞。
这是一篇观点和分析文章，作者或作者表达的观点不一定代表《大众科学》的观点。