Page 213 - 物质的绝对运动——相对论和量子力学的物理起源

随 r 的增大而下降，υ(r)维持不下降的范围可以达到 r 值约为发光区半径的 3～10 倍。如果
用万有引力来解释，可见星系的总质量可以是发光部分的 3～10 倍，这说明在星系中，不发

光却同样具有万有引力作用的“暗物质”占质量的主要部分。1980 年代以后，一大批支持
暗物质存在的新观测数据被公布，包括观测背景星系团时的引力透镜效应，星系和星团中炽
热气体的温度分布，以及宇宙微波背景辐射的各向异性等，暗物质存在这一理论现已被天文
学和宇宙学界广泛认可。
尽管天文观察积累了大量证据，但暗物质尚未被直接探测到。天文物理学家根据天文观
察结果，按引力效应推算，宇宙中暗物质占全部物质总质量的 85%（即暗物质是可见物质
的 5.7 倍），并推测暗物质应具有以下基本属性：
1、暗物质参与引力相互作用，所以应该是有质量的；
2、暗物质具有高度稳定性，应该在宇宙年龄（百亿年）时间尺度上是稳定的；

3、暗物质基本不参与电磁相互作用和强相互作用，不会释放、反射或吸收光线。
近三十年来，物理学家通过各种手段寻找具有这些基本属性的暗物质粒子，比如用大型
强子对撞机粉碎粒子，在粒子碎片中寻找暗物质的迹象，或将锗晶体、液氙和液氩埋在地下
深处，寻找与原子核发生碰撞的暗物质粒子等，结果一无所获，没有取得任何一致认同的成
果。最初，物理学家曾把中微子作为暗物质的首选对象，认为具有一定质量的中微子就是暗
物质粒子。但是，根据威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）和斯隆数字巡天（SDSS）
等天文观测的结果，中微子即使有质量，其质量也应该非常小，在暗物质中只能占微小的比

例。并且，已知的中微子都是所谓热暗物质（中微子以接近光速运动），而科学家们相信，
绝大部分暗物质可能是冷的或温的暗物质（运动速度较小），对此有多种猜测，例如，惰性
中微子温暗物质、引力微子温暗物质、轴子冷暗物质等。目前比较流行的暗物质粒子候选者
是所谓 WIMPs 即“弱相互作用大质量粒子（weakly interacting massive particles）”，它可
以由标准模型之外的超对称理论模型自然导出。该理论认为，所有基本亚原子粒子都有一颗
尚未被发现的“伴子”，WIMPs 就是超对称理论中最轻的超对称伴子，这种理论粒子的质
量比普通物质粒子的质量要大得多。近十多年来，世界各国投入了大量人力物力用于探测各
种可能的暗物质粒子，但迄今为止，几乎所有暗物质实验，如各种调制信号实验（如
DAMA/LIBRA）、低温试验（如 CDMS）、稀有气体实验（如 CLEAN、ArDM、WARP、

DEAP、XMASS、PANDAX 等），都没有找到任何暗物质粒子的踪迹。
这样的结果是令人沮丧的，它“给整整一代科学家造成了严重的打击”。有人开始怀疑
理论的正确性或实验研究是否有方向性错误。应该说这样的怀疑是合情合理的，因为在暗物
质概念提出近百年之后，我们几乎对它仍然一无所知。前面我们讨论了非线性物质和非线性
相互作用，提出了非线性的物质结构理论，从中可以发现，非线性物质和暗物质具有高度相
似性，例如，两者都具有隐匿性，而且非线性物质导致的时空弯曲与广义相对论的引力效应
类似，故有理由相信，非线性物质可能就是暗物质。

以往的研究都立足于用引力理论来解释天文观察所发现的各种“暗物质现象”，并不认
为这些现象与非线性相互作用有什么关系，因为现代物理学认为，自然界只存在四种基本的
相互作用，即引力相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用。既往的物理理论认
为，非线性相互作用并不是一种独立的相互作用，只是四种基本相互作用的某种“非线性”
形式。根据前面提出的非线性作用原理可知，非线性相互作用是一种独立的相互作用，它是
以非线性物质为基础的相互作用，所产生的非线性作用力是一种约束力，其强度比引力要大
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得多。例如，电子波包内部的非线性作用力的强度是引力 10 ，这比强力还要大 4 个数量级。

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