当今物理学、天文学、宇宙学都有一个共同的谜题，这也被誉为现代科学中的最大谜题，它就是宇宙中的双暗谜题。也就是暗物质和暗能量到底是什么之谜。首先，我们要先来说明一下什么是暗物质？暗物质这个名称的来历，让你知道科学家们正在研究的这个神秘物质的来龙去脉。1933年，在美国加州理工学院有一位叫做兹威基的年轻天文学家，正在着迷地研究后发座星系团。
兹威基试图测算出这个星系团中星系的平均质量，他有两种方法可以测算，一种称之为“动力学质量”，另一种方法称为“光度学质量”。兹威基计算的结果是“动力学质量”居然比“光度学质量”整整大了160多倍。于是，兹威基就在论文中猜测，在后发座星系团中包含大量暗物质，也就是不发光或者相对很暗的物质，而且这种物质占到了该星系团中物质总量的99%。这是暗物质这个词第一次出现在学术论文中。
到了上世纪六十年代，美国有一位女天文学家叫鲁宾，她在研究银河系的转动时，发现银河系外侧的恒星绕银河系中心转动的速度，比用理论推算出的数值大太多。鲁宾确定无疑地发现，银河系的大部分质量“丢失”了。于是，1980年，她和同事发表了一篇论文，详细描述了他们的发现。这是天文学史上第一篇有关暗物质的重量级论文，影响很大。真正的第一份直接证据出现在2006年。
那一年，以道格拉斯·克洛为首的一队美国天文学家，利用钱德拉X射线望远镜对一个编号为1E 0657-56的星系团进行观测时，无意间观测到星系碰撞的过程。星系团碰撞威力之猛，使得暗物质与正常物质分开，因此发现了暗物质存在的直接证据。到了这个时候，暗物质在科学界已经是一个非常热门的研究课题了。起初的时候，人们还是挺乐观的，觉得很快就能把暗物质给搞清楚。
不就是一些不发光的天体嘛，宇宙中有的是不发光的天体，比如像地球这样的行星就是不发光的，还有褐矮星，褐色的褐；棕矮星，棕色的棕；这些都是质量相对普通恒星较小，亮度相对很暗的恒星，因为距离遥远，我们在地球上观测不到嘛。当然，还有黑洞，那就更不发光了，否则就不叫黑洞了。这些不发光或者发出很暗淡光晕的天体在天文学上有一个统称，就是大质量致密晕天体，英文缩写是MACHO，我后面把它简称为暗天体。
在最初的几十年，天文学家们把目标锁定在了这种暗天体上。要知道，根据计算，暗天体是普通天体的五倍多，也就是说我们银河系中应该充斥着这种暗天体。但是由于这些天体太暗，无法用光学或者射电望远镜看到，所以，探测他们的主要方法就利用微引力透镜效应。因为有质量的天体产生的万有引力会使得经过的光线发生偏折，这就跟透镜可以偏折光线一样，所以称为微引力透镜效应。
这种效应的一个直接后果就是当暗天体在背景恒星前经过时，会让恒星的星光暂时增强，于是这颗恒星会看上去显得更明亮一些。于是，根据这个原理，天文学家们就开始对大小麦哲伦星云中的数百万颗恒星进行了长达数年的仔细观测。数年的观测结果显示，银河系中根本没有那么多的暗天体。这些观测结果足以排除10倍太阳质量以上的暗天体是暗物质的主要成份的可能性。换句话说，天文学家们对暗物质的第一次搜寻以失败而告终。
这个问题不光是引起了天文学家的兴趣，也引起了粒子物理学家们的极大兴趣。他们用他们自己的职业嗅觉就提出了暗物质的另外一种猜想，起的名字也很不明觉厉，叫做弱相互作用大质量粒子，简称为WIMP。简而言之，他们猜想暗物质是充满在宇宙中的一种微观粒子，这种粒子质量很大，但是却不与电磁波发生相互作用，不管是在可见光波段还是在非可见光波段，所以我们看不到。
到目前为止，尽管科学家们使用粒子加速器、地下探测器和空间望远镜搜索了几十年，但仍然没有找到它们存在的证据。在这种背景下，自然又会有各种各样的猜想冒出来。《环球科学》8月号这期刊登了两位物理学家的一篇文章，主要介绍对暗物质的另一种猜想。我们先来认识下本文的两位作者。他们是一男一女，男的叫胡安·加西亚·贝利多，马德里大学理论物理研究所教授，他还是欧空局欧几里德计划和LISA项目的成员。
另一位女作者叫塞巴斯蒂安·克莱斯，是比利时宇宙学家，克莱斯也是欧几里德计划的成员，也是SKA平方公里阵列合作组织的成员。虽然作者提出的猜想并非原创，但是本文作者的一些研究成果促成了这个猜想的形成。
最早对暗物质的猜想就是暗天体，但是后来逐渐遭到冷落，科学家们都对暗粒子情有独钟，但是几十年了，无数的金钱砸下去，除了得到了越来越多的以“排除”为定语的结果，我们没有找到暗粒子，最多只是知道了暗粒子不是这个、不是那个。在这种背景下，这两年，一些研究者开始重新考虑暗天体假说。他们找到一个新的候选者，那就是原初黑洞，原始的原，初级的初，听着名字大概就能猜到，这是在宇宙大爆炸时期形成的最早一批黑洞。
物理学家伯纳德·卡尔和斯蒂芬·霍金在20世纪70年代提出了原初黑洞的想法，但是他们提出的原初黑洞是一种比一座山的质量还小，尺度在微米甚至纳米级别的黑洞，所以也叫微黑洞。在我们这个年龄大约为138亿年的宇宙中，这些非常小的黑洞可能已经通过霍金自己发现的霍金辐射蒸发殆尽了。所以卡尔和霍金的原初黑洞对宇宙当前暗物质的贡献应该可以忽略。但是，根据宇宙暴胀理论，应该还有另外一种大质量的原初黑洞。
1996年，本文作者加西亚－贝利多和斯坦福大学的安德烈·林德以及英国普茨茅斯大学的戴维·万兹发现，暴胀通过某种途径，可以在早期宇宙的密度涨落谱上形成尖峰。也就是说，被暴胀极度放大的量子涨落，可以自然地产生特别致密的区域，这些区域可能在暴胀后不到1秒的时间内塌缩形成一群黑洞。这些黑洞很可能就是暗物质，主导现在宇宙的物质成分。
这个模型不是一个一个产生黑洞，而是一产生就是一群质量相同的黑洞，质量由塌缩区域内包含的能量决定。2015年，本文的两位作者克莱斯和加西亚·贝利多又共同提出了一种新的图景。这个图景与1996年的类似，但原初涨落的能量密度和空间尺度都会呈现出一个较宽的分布峰，导致原初黑洞有较宽的质量范围。
这个图景的一个关键结论是，存在许多空间上非常接近的大密度坍缩区域，从而会产生一群聚集在一起的黑洞，这些黑洞大小不等——从100倍太阳质量到10000倍太阳质量。在大爆炸后50万年内，每个增长、演化的黑洞群都可能在仅仅数百光年跨度的区域内容纳数百万个原初黑洞。原本这些都是纯理论上的推测，连作者本人都不指望能很快出现具体的观测证据。谁知，令他俩惊喜的是，仅仅过了一年，意外的一个间接证据不期而至。
那，这个情理之中、意料之外的证据是什么呢？环球科学有故事，且听我下回分解。