暗物质是宇宙中最常见、最难以捉摸的物质。我们能弄明白这个物理学中伟大的、尚未解决的问题吗？
　　我坐在华盛顿大学的讲台上跟台下的人讲暗物质，同时也在想，他们是否真的相信这些，甚至是否怀疑我是否真的相信这些。
　　在科学领域，奥卡姆剃刀原理的解释是：当两个处于竞争地位的理论能得出同样的结论时，那么简单的那个更好。这一表述也有一种更为常见的形式：如果有两个原理，它们都能解释观测到的事实，那么你应该使用简单的那个，直到发现更多的证据。对于现象，最简单的解释往往比较复杂的解释更正确。如果你有两个类似的解决方案，选择简单的那个，需要最少假设的解释最有可能是正确的。
　　而在宇宙学领域，奥卡姆剃刀可能帮助我们解决不少谜题，比如有关暗物质的假设。只要假设有暗物质存在，就可以解释很多事实。当发现标准的暗物质理论解释不了的现象时，我们可以再假设另一个神秘的存在，比如，在标准的暗物质理论中引入“微弱的自我相互作用力”。标准暗物质理论认为，暗粒子碰撞是一种弱散射模式。
　　我们已经逐渐习惯这样的认识：自然界的真实性是一个不确定的量子领域，我们所看到的并不一定是它的真实面目。
　　暗物质是对这个概念的深度扩展，它让我们意识到，宇宙中的大部分物质藏在我们的认知之外。这使物理学家和公众忧心忡忡。物理学家担心无法提出一个可以被明确证实的预测，也不能做出对物质本身的积极的探测。这种情形与一个多世纪前对以太的争议有着相似之处。
　　2 0世纪3 0年代， 瑞士天文学家弗里茨· 兹威基观测到星系团受引力束缚，围绕彼此快速旋转，似乎只有“存在一个非常大的、看不见的物团的引力”才能解释它们为什么没有简单地分开旋转。兹威基非常随意地假定有某种暗物质存在——他只是觉得存在着他无法看到的事物。天文学家不断在宇宙中发现存才看不见的物质的证据，例如星系的恒星旋转速度太快。暗物质似乎是宇宙中最常见的物质形态。
　　暗物质不与恒星、行星或其他我们已知的普通物质发生强烈的相互作用，科学家只是通过其引力作用推断出它的存在。伤脑筋的是，引力是基本力中最弱的，却是唯一重要的远程力，这解释了为什么暗物质大规模地主导着宇宙的结构。在过去的半个世纪里，宇宙大爆炸理论很好地描述了我们观测到的宇宙。这种宇宙论得到了许多观测数据的支持，包括无处不在的宇宙辐射场、星系在天空中的分布情况和星系团的碰撞。这些强有力的观测资料综合了来自天文学许多领域的专业知识和独立分析，所有数据都强烈支持一个包含暗物质的宇宙论模式。但没有一个理论能解释暗物质究竟是什么，这真是物理学中一个尚未解决的巨大问题。
　　我们正处在一个发现的时代。大部分已被验证的理论主宰着我们已经观察到的各种各样的基本粒子，并支持其他的、迄今尚未被发现的粒子存在。几十年前，理论物理学家意识到可能存在一种弱相互作用重粒子（WIMP）。这种粒子拥有暗物质的所有适当的特性，并且能够隐藏在我们的眼皮底下。如果暗物质确实是WIMP，它会与普通物质进行十分微弱的相互作用，以至于我们很难发现，仅仅能够通过正在进行的暗物质实验来发现它。在美国南达科他州进行的大型地下氙实验探测器（LUX）是世界上最大的暗物质探测器，能够探测到最微量的亚原子粒子。然而，寻找暗物质是一个等待的游戏。到目前为止，探测器只捕获了宇宙噪声。不过事情就是这样，就像英国物理学家约翰·达巴罗所说，宇宙没有任何理由为我们的方便而设计。
　　关于暗物质，可能性似乎如下：①暗物质存在；②暗物质不存在；③如果暗物质存在，那么我们可以检测它或者我们不能检测它；④如果它不存在，那么我们可以证明它不存在或者我们不能证明它不存在。引导天文学家断定暗物质存在的观测数据似乎非常有力，难以被推翻。所以，认为暗物质不存在的人认为，问题出在我们对引力的理解上，是我们的理解存在某些错误——它并不像爱因斯坦预言的那样。
　　如果真是这样，那会使如今的物理学发生翻天覆地的改变，所以没有多少人认同这种说法。不过，如果暗物质存在，我们却无法检测到它，那我们将处在一个非常尴尬的位置。
　　我们正经历一个宇宙学的黄金时代。在过去的2 0年里，我们测量了大爆炸的残余辐射，了解到宇宙的膨胀速度正在加快，瞥见了黑洞并且发现了宇宙有史以来最辉煌的爆炸。在接下来的几十年里，我们可能会观察到宇宙中的第一代恒星，绘出几乎完整的物质分布图，通过引力波“听到”黑洞的剧烈合并。暗物质则提供了一个独特的诱人前景，融合了新观测结果、理论、技术和资金（我们希望）。在我们想要放弃的时候，总有一丝可能性引诱着我们：我们也许只是需要一个更好的实验。寻找暗物质的方法主要有三类：人工制造（在粒子加速器中）、间接检测和直接检测。最令人兴奋的是最后一类，研究者试图在野外捕捉WIMP。LUX是新一代超敏感实验的顶尖设备，主要探测WIMP 与普通原子核的相互作用。这些检测目标通常非常单一，例如，将原始的元素锗或氙冷却到极低温度并且屏蔽来自外部的粒子，因为离散的粒子会以任何可能的方式潜入，所以就可以通过密切监测、精确统计闯入粒子的相互作用来确认真正的暗物质相互作用事件。这种相互作用非常弱，检测起来困难重重。暗物质可能和普通物质一样复杂。目前寻找暗物质的方法可能忽略了这种复杂性，比如暗物质生命，甚至暗物质化学。通过前面的方法，我们可能发现一种粒子，但只能解释一小部分预期的暗物质。
　　从某种意义上说，这已经发生了。中微子难以捉摸，但普遍存在（每秒有6 0 0亿中微子通过你小指大小的区域）。它们几乎不与普通物质相互作用，完全没有质量。中微子构成了大规模宇宙的一小部分，表现得像一种奇怪的暗物质。当然，中微子不是暗物质，但间接证明了可能存在不同类型的暗物质。
　　我们正处于一个对未知充满强烈兴趣的时代。物理学家说，如果我们确定暗物质并不是WIMP，我们就已取得了一些成绩。这不是一个发现吗？一些人正在探索暗物质的相互作用，但这种相互作用我们可能永远不会知情。因为暗物质的相互作用极其微小，不会影响标准宇宙学理论。它甚至会有自己奇异的宇宙，一个黑暗的领域。这种可能性使物理学家既害怕又欣喜若狂：可能存在一个错综复杂的暗物质领域，能逃避我们的仔细观察，就像一个平行宇宙。
　　修正暗物质的基本思想是比较容易的，这正是所有暗物质理论学者从事的工作。我一直认为，暗物质可能进行了自我相互作用，并利用超级计算机模拟星系来验证。在宏观上，宇宙学已做出了明确的预测，这一修正没起作用。但在微观上，暗物质理论有了动摇的迹象，它有助于解决几个问题。模拟实验看上去很巧妙，能做出可被接受的预测。然而自由参数太多了——科学家称之为微调——这样的结果似乎完全符合观测数据。我们可能永远也不确定暗物质是否存在自我相互作用。这就是我持保留意见的原因，你最好也这样做。
　　我们也许可以推测出这种相互作用的强度上限。所以，每当有人问我是否认为暗物质的自相互作用是正确的，我说不是，我只是阐述一种可能性，不对这种可能性下断言。也许有一天，LUX 或者它的一个竞争对手可能发现它们寻找的东西，或者，我可能在一些不起眼的超级计算机中发现暗物质某个隐藏的真相。无论如何，这样的发现离我们太远，因为这似乎要经过好几层超级计算机的模拟。暗物质宇宙是我们宇宙的一部分，但我们永远不会认为它像我们的宇宙。自然对所有人玩了一个认识论的把戏。我们观察到的每一种事物都有一种存在，但我们不能观察到的事物可能有无限种存在。一个好的理论应该是足够复杂的。暗物质是对一个复杂理论最简单的解决方式，而不是对一个简单理论最复杂的解决方式。这不能保证它会成功。天体物理学家能否在概念意义上发现它，永远也不会掌握在我们手中，它游离在掌控之外。无论如何，生活在一个大部分都未知的宇宙，就好像生活在一个可能性无穷的王国。