宇宙大爆炸之后还有一次黑暗大爆炸？

哈勃望远镜拍摄的星系团Cl0024+1654照片，其中的暗物质以蓝色表示

暗物质的谜团一直困扰着科学家。最近一些物理学家提出，暗物质是在另一次宇宙大爆炸中形成的。如果这一理论得到证实，有可能会改变我们对早期宇宙的看法。

如今的天文学家普遍认为，宇宙起源于一次大爆炸。大约137亿年前，一个极其炽热、密度极高集的辐射点突然爆发，产生了我们今天所看到的所有物质和能量。

但是，这次大爆炸是否是唯一的宇宙创生事件呢？有些物理学家提出了一个大胆的想法，认为在大爆炸之后，可能还有一次“黑暗大爆炸（Dark Big Bang）”，用来解释宇宙中最神秘的成分——暗物质。

看不见的暗物质

暗物质是一种我们无法直接观测到的物质，它不发光也不反射光。但是通过观测分析其他物质的受到引力作用，科学家认为宇宙中存在暗物质，并且数量巨大，约占宇宙中所有物质的85%。

暗物质对星系的形成和运动有着重要的影响，也是天文学家研究宇宙结构和演化的关键线索。然而，暗物质的本质和起源一直是一个谜，没有任何实验能够直接探测到它。

传统理论认为，宇宙起源于一次大爆炸

宇宙大爆炸后还有黑暗大爆炸？

在今年2月提交的论文中，美国科学家凯瑟琳·弗里兹（Katherine Freese）和瑞典科学家马丁·沃尔夫冈·温科勒（Martin Wolfgang Winkler）提出了“黑暗大爆炸”的理论。

这两位科学家分别来自美国密歇根大学和瑞士斯德哥尔摩大学，其中凯瑟琳·弗里兹是世界暗物质研究领域的顶尖专家。根据他们的理论，暗物质可能是在一次与普通大爆炸类似的事件中产生的。

两位科学家的“黑暗大爆炸”的理论认为，在宇宙的早期阶段，除了我们所熟悉的物质和能量，还有一个由暗物质和暗能量组成的“暗区”。

在某个时刻，这个暗区可能发生了一种相变，使得暗真空能量转化为一种高温的暗粒子等离子体。这种相变类似于水从固态变为液态或气态的过程，只是发生在更微观的层面。这次相变就是所谓的“黑暗大爆炸”，它可能在普通大爆炸之后的几周内发生，也可能更晚一些。

在论文中，两位科学家弗里兹和温科勒写道：“如果黑暗大爆炸是发生在宇宙诞生不到一个月的时候，我们将证明它与宇宙结构形成和微波背景（CMB）的限制是一致的。”

新理论验证不容易

黑暗大爆炸的过程中，暗物质可能以多种方式产生。一种可能是“暗物质自食”，即暗物质粒子相互吞噬。另一种可能是暗物质粒子成对湮灭，然后经过一个冷却阶段，称为热冻结。这些过程都会导致暗物质的数量减少，从而决定了它在宇宙中的比例。

黑暗大爆炸理论不仅可以解释暗物质的起源，还可以解释暗辐射的存在。暗辐射是一种与暗物质相伴的无质量的粒子，类似于光子。暗辐射可以影响宇宙的膨胀速度和温度，也可以在宇宙微波背景辐射中留下痕迹。

普朗克望远镜观测到的宇宙微波背景辐射

宇宙微波背景辐射是宇宙最古老的光，反映了宇宙早期的状态。通过观测宇宙微波背景辐射的微小波动，我们可以探测到黑暗大爆炸的影响，从而验证这个理论的正确性。

尽管确认黑暗大爆炸事件产生的暗物质很难通过直接或间接的方式探测到，但弗里兹和温科勒仍然认为，“黑暗大爆炸可能产生独特的引力波信号，可以通过脉冲星定时阵列实验来检测。”

挑战宇宙起源传统观点

黑暗大爆炸理论是一种大胆的创新，它挑战了科学家对宇宙起源的传统观念。如果它被证实，不仅会改变我们对宇宙早期的认识，还会为我们揭开暗物质的身份提供新的线索。也许，宇宙的奥秘就隐藏在这个暗区中，等待着我们去发现。

弗里兹和温科勒的论文《暗物质和引力波来自黑暗大爆炸》正在等待同行评审和发表，目前可以在预印本网站arxiv.org上阅读。