我是一个“可见光物质的崇拜者”。别嘲笑；你可能也是。我们几乎所有人都是。
我们认为自己和我们周围的世界是特殊的。因此，我们认为我们这种物质——原子、分子、岩石、水、空气、恒星以及所有能与可见光相互作用的其他物质——是宇宙中最重要的一种物质。可以说，是唯一“重要”的物质。
科学讲述了一个截然不同的故事。去年春天，欧洲空间局的普朗克号航天器完成了为期15个月的宇宙成分超精确普查。我们可以看到的物质占总量的4.9%。另一种根本看不见的物质远远超过了它，占26.8%。（剩余的68.3%是更令人费解的组成部分，由无定形能量组成：这意味着宇宙的超过三分之二根本没有实体。）
即使是用来描述普朗克探测结果的技术语言也让人感到谦卑。由可见原子构成的物质被称为重子物质，这听起来像是在医生办公室里会吃的东西。相反，那看不见的26.8%被称为“暗物质”——冰冷而神秘。
但宇宙学家很难摆脱他们的偏见。多年来，他们一直说服自己，尽管可见宇宙在质量上可能处于次要地位，但所有有趣的事情都发生在那里。根据他们对暗物质如何运作的极其有限的了解进行推断，宇宙学家认为暗物质只由一种具有有限行为范围的物质组成，倾向于聚集在巨大的、弥散的云层中。他们普遍认为暗物质仅仅是维系可见宇宙及其丰富多样性的“胶水”。
两项最新进展暗示了我们在“黑暗面”错过了多少。2012年1月，荷兰阿姆斯特丹大学的物理学家Christoph Weniger开始注意到我们星系中心周围一种奇怪的辐射的迹象。令他兴奋的是，他意识到这种光芒可能是暗物质粒子相互碰撞的信号，在这个过程中，它们从不可见变为可见。如果是这样，那么就有可能不再仅仅是推测暗物质在哪里聚集，而是开始了解它实际的行为方式。
今年早些时候，哈佛大学的一组理论物理学家（包括Lisa Randall和JiJi Fan）提出了一种新的暗物质理论，这标志着事态的进一步发展。Randall指出，Weniger探测到的最奇怪的事情之一是，它竟然是可能的。“在大多数合理的暗物质模型下，这个信号太小了，你根本看不见，”她说。但Randall和她的合作者意识到，如果存在第二种暗物质，他们就可以很好地解释这一观测：这种暗物质不像主要的暗物质组分那样弥散，而是可以像可见物质一样相互作用。这种相互作用的暗物质团块可以形成一个盘状结构，坍缩成一个平面，从而产生像Weniger看到的那么集中的信号。
承认暗物质可能和可见物质一样具有多样性，这似乎是一个微小的调整。但正如Randall激动地、断断续续地说的那样，它“具有超乎寻常的戏剧性后果”。如果一种暗物质可以聚集在一起，它就可以形成以前无法想象的各种黑暗结构。它可以聚集成暗恒星，周围环绕着由暗原子构成的暗行星。在最狂野的想象中，这种新型暗物质甚至可能允许暗生命的出现。
我们可能就坐落在一个完整的影子星系之上，而我们却一无所知。
“一个全新的世界”
这种转变其实不应令人惊讶。五百年前，伽利略就试图削弱人类的自以为是，他证明了地球并非宇宙的中心，无论我们看起来如何。然而，基于外观（和我们是首要的假设）来判断宇宙的倾向已被证明非常顽固。
20世纪30年代，特立独行的瑞士-美国天文学家Fritz Zwicky收集了dunkle Materie（暗物质）的第一个证据。又过了40年，直到新的证据表明，如果没有暗物质的稳定引力作用，旋转的星系就会分崩离析，他的同事们才勉强开始接受这个想法。直到20世纪80年代，几乎所有的天文学家才接受暗物质是真实存在的，并且它的质量远超可见宇宙。
在那时，一小部分但日益增长的研究人员开始试图理解、测量和绘制这个影子世界。一种方法是由贝尔实验室的天体物理学家Anthony Tyson在20世纪90年代开创的，通过暗物质对其引力扭曲可见星系光线的方式粗略地定位暗物质。十年后，由威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）对宇宙微波背景（大爆炸的残余辐射）的研究，提供了一种测量暗物质总量的新方法；普朗克号航天器正是基于这种技术，得出了更精确的宇宙构成 breakdown。与此同时，一个名为DAMA（DArk MAtter）的地下意大利实验室实验，一直在寻找暗物质粒子在地球上与原子正面碰撞的证据。
尽管如此，这些努力都未能显著改变暗物质基本简单且相当沉闷的基本假设。
然而，Weniger的研究正在引起轰动。2012年1月，他和四位合作者正在梳理来自NASA的费米号空间望远镜43个月的数据，该望远镜扫描天空中的伽马射线——一种与光相似但能量更高的辐射。一个不寻常的信号明显与其他信号区分开来。费米号一次又一次地记录到特定能量的伽马射线，其能量是普通黄光的600亿倍。
随机的宇宙暴力往往会产生各种能量的辐射，就像海浪拍打沙滩的咆哮声。而这个信号完全不同。它更像是求救信号的“哔哔哔”声。Weniger不断地检查和重新检查他的结果。这些伽马射线看起来像是长期以来理论预测的暗粒子相互碰撞并毁灭的闪光，他的团队将其描述为暗物质的“确凿证据”。考虑到这一说法的重大意义，Weniger继续监测费米号的数据。“如果这确实是一个真实的信号，那将是惊人的，”他说。
在Weniger宣布他们所看到的情况后，又出现了100多篇论文，其他科学家试图证实该信号确实存在，如果存在，则弄清楚其含义。哈佛大学的Fan和Randall从这场热潮中受到启发。他们关键的见解是抛弃了暗物质是一种且仅是一种物质的旧观念。那时他们认识到，有些暗物质可能并不那么简单。第二种成分（占暗物质总量的六分之一）可能能够相互作用、坍缩并在我们星系的可见盘内形成一个隐藏的暗盘；因此，理论家称之为“双盘”暗物质。
双盘暗物质可以做许多与普通物质相同的复杂事情。而且暗物质总量如此之大，以至于第二种暗物质的质量可能等于可见宇宙的所有部分的质量。“没有人事先想到这一点，这真是太不可思议了，”Randall说。“这个想法真正有趣的地方在于，它开启了一个全新的世界。”
来自另一边的视野
要让主流科学家摆脱“可见光物质崇拜”并认真对待那个影子世界，需要一些非常令人信服的证据。Weniger担心费米号的观测数据过于模糊，不足以达到目的。“你需要用同一个实验获得更多数据来证实这个信号的存在，”他说。
哈佛大学天文学家Douglas Finkbeiner正在对费米号数据进行独立分析，同样发现他的结果介于验证和证伪之间。“这是最令人沮丧的可能结果，”他叹息道。“一个选择是，信号的亮度不如我们最初认为的那么强。”
Randall准备不顾这次特定观测的命运而继续前进。“伽马射线谱线可能不会留下，但这本身就是一个非常有趣的场景，具有许多有趣的意义，”她说。如果我们的星系真的坐落在一个影子星系之上，还有其他方法可以证明这一点。
研究人员正在研制一种新的欧洲空间望远镜——Gaia，定于今年秋季发射，它将进行一项特别有说服力的测试。Gaia将绘制银河系中约10亿颗恒星的位置和速度。寻找异常运动可以勾勒出牵引着这些恒星的看不见的、致密的暗物质盘的轮廓。
即使到那时，我们也只触及了我们星系“黑暗面”的表面。唯一确定的是，除非我们探索所有可能性，否则我们永远不会知道。本着这种精神，Finkbeiner引用了一位老朋友和同事——一位暗物质远见者，纽约大学的Neal Weiner。Weiner讲述了关于暗物质教授的故事，这是一位来自另一边的研究者，她提出了一个关于宇宙中一种名为“可见物质”的缺失成分的非常超前的理论。这位教授向她难以置信的同事们准确描述了我们世界的全部细节——最终她未能获得终身教职。
“想象一下，一位黑袍学者在一个黑实验室里试图研制一种可见物质探测器，”Finkbeiner说。“那将是一件非常困难的事情。”然后他停顿了一下，思考着那位可怜教授的命运，仍然努力放下自己“可见光物质”的偏见。
[本文最初以“宇宙的黑暗之地”的标题刊登在印刷版上。]
