研究提出在新維度空間內尋找暗物質

宇宙天體與另外空間概念圖。（ShutterStock）

【大紀元2021年06月10日訊】（大紀元記者笛睿編譯報導）不與光線互動、在宇宙全部物質中占比高達85%，暗物質理論提出30年來至今科學家仍然不知道它究竟是什麼物質——所以把它稱為「暗物質」。最近一個新理論提出，暗物質可能存在於另外一維度隱藏的神祕空間內，為科學家尋找暗物質提供一條新的思路。

加利福尼亞大學河濱分校（University of California, Riverside）的科學家提出，暗物質可能存在於人們熟悉的三維空間之外、另一維度的空間內，它們的行為和三維空間內任何粒子的行為都不一樣，並通過一種名為暗力量（dark force）的作用力發生互動。兩個暗物質粒子不論是相吸還是相斥，都是由於暗力量的作用。暗力量就像一種粒子的連續體。

主要研究者之一物理學天文學助理教授塔內多（Flip Tanedo）說：「我們的理論在暗力量框架上有了進一步的發展。我們提出，在這個世界的三維空間之外，有一個只有暗力量才能觸及到的第四維空間。這能解釋為什麼我們在實驗室內嘗試找它總是找不到。」

塔內多解釋說，這個理論聽起來像是新事物，但其實只是數學上變換的手法描述基於普通三維空間的共形場論（conformal field theory）而已。這個理論系列有著複雜的數學內涵，但是由於沒有涉及傳統粒子，因此沒人把它和自然界的物質聯繫起來。其實，介於三維空間內的共形場論和額外空間論之間的理論，就是全息原理（holographic principle）。

「因為共形場論既難懂又古怪，沒人把它們用於暗物質，」塔內多說，「我們換了個說法，把它叫做全息額外空間論（holographic extra-dimensional theory）。」

全息額外空間論的關鍵特點在於「連續體」的概念，用一種由無限數量、質量各不相同的粒子組成的連續體，來描述暗物質之間的作用力，也就是上面提到的「暗力量」。作為概念對比，普通作用力是由單一一種、有著固定質量的粒子來描述。

塔內多說，這種連續體暗力量的理論很有趣，這種理論下粒子間的作用力有很多不一樣的地方。「對於引力或電磁力來說，當兩個粒子間的距離翻倍的時候，作用力剩下四分之一，而連續體作用力將減至八分之一。」

沒有參與撰寫這份研究的同事物理學副教授余海波（Hai-Bo Yu，音譯）提出一個暗物質自我互動的理論。他認為，既然暗物質不與任何普通物質互動，那麼暗物質可能是一種只是自我互動的物質。他的理論能夠解釋在很多球狀矮星系上觀測到的暗物質的效果。

塔內多的研究組借鑒了這個想法，融合到他們的連續體力量模型中，成功再現了一些恆星的運動模式。「我們的模型更進一步，比暗物質自我互動模型更容易地解釋宇宙暗物質的來源。」

這份研究6月1日發表於《高能物理雜誌》（Journal of High Energy Physics）。

責任編輯：葉紫微