现代测量已经非常精确地确定了我们宇宙中的物质数量，它远远超过了以原子形式存在的数量。经过数十年的辩论，我们现在相信，我们宇宙物质中的大部分（约84％）不是由原子或任何其他已知物质组成，而是由其他不会明显辐射，反射或吸收光的物质组成。由于缺乏更好的名字，我们称这种神秘的东西为暗物质。
宇宙学取得了令人瞩目的成就。在过去的几十年中，宇宙学家进行了测量和观察，这使我们能够以令人难以置信的细节重建宇宙的过去。现在，我们可以满怀信心地说，我们了解我们的宇宙在其大部分历史中如何以及为什么进化。从这个角度来看，我们的宇宙比以往任何时候都更容易理解。
然而，并不是所有人都知道。尽管我们付出了巨大的努力，但我们宇宙中仍然存在一些根本方面，我们根本不知道如何解释。这些谜团中最著名的也许就是暗物质。现代测量已经非常精确地确定了我们宇宙中的物质数量，它远远超过了以原子形式存在的数量。经过数十年的辩论，我们现在相信，我们宇宙物质中的大部分（约84％）不是由原子或任何其他已知物质组成，而是由其他不会明显辐射，反射或吸收光的物质组成。由于缺乏更好的名字，我们称这种神秘的东西为暗物质。但是命名某件事与理解它有很大不同。
十年前，包括我在内的许多宇宙学家都认为，我们对暗物质可能由什么构成了一个很好的认识。我们提出的论据是基于我们如何认为这种物质是在“ 大爆炸”之后的头几秒钟内形成的。我们计算出，在早期宇宙中幸存下来并在大爆炸中幸存下来的暗物质粒子的数量，应取决于这些粒子与自身以及与普通物质形式相互作用的程度。根据我们的计算，我们被认为是暗物质必须通过所谓的弱核力或通过其他大致同样强大的未知力相互作用。我们称这种粒子为WIMP–弱相互作用的大颗粒–它们是暗物质身份的最佳猜测。
如果暗物质确实是由WIMP组成的，那么应该有可能进行能够直接检测和测量该物质的单个颗粒的实验。出于这个目标，一小队物理学家开始制造超灵敏的暗物质探测器，并将其部署在深层的地下实验室中，以保护它们免受最分散注意力的宇宙辐射的影响。当时，这种方法成功的可能性似乎很大。实际上，我在2005年打赌说，十年后会发现暗物质颗粒。我输了。从技术角度来看，这些实验表现出色。但是没有信号出现。更严重的是，大型强子对撞机也在这段时间内开始运行，通过这些实验，没有发现暗物质的迹象。
我们未能检测到暗物质颗粒对科学界产生了明显影响。尽管仍然有可能继续发现某个发现，但我们今天研究暗物质的大多数人都会承认，到目前为止，我们应该已经发现了我们最喜欢的暗物质候选物。这驱使该领域将工作重心转向新的，有时是非常不同的思想，从而引发了与暗物质及其性质有关的理论研究的爆炸式增长。
一个新近流行的想法是，暗物质可能并不孤单，而是可能是构成所谓“隐藏扇区”的几种粒子中的一种。构成这种隐藏扇区的粒子可以彼此相互作用。 ，但几乎从未涉及任何已知的物质形式，这说明了为什么在地下实验中或在大型强子对撞机中很难检测到它们的原因。组成隐藏扇区的粒子可能在早期宇宙中以许多潜在的复杂方式演化并相互作用，甚至经历了我们从未见过的力量。粒子物理学家提出了许多理论，其中多种隐藏物质之间的相互作用可以导致早期宇宙中暗物质的可行产生。事实上，
另一种可能性与暗物质本身无关，而与它在大爆炸之后的头几秒钟内所占据的空间有关。当我们使用广义相对论来计算空间应该扩展多快时，我们会考虑所有已知形式的物质和能量，包括我们在大型强子对撞机中观察到的所有种类的粒子。但是，我们还不知道的其他形式的物质存在于早期宇宙中，这完全是合理的。如果真是这样，那么我们的宇宙的扩张可能与我们目前的设想完全不同。如果早期宇宙的扩张快于或慢于我们目前的预期，这将改变这个时代暗物质粒子的相互作用方式，
我们的宇宙在其第一秒钟内如何扩展和发展的可能性范围非常广泛。未知形式的物质和能量可能增加了膨胀速度，但在最初的这些时刻也可能发生了奇怪的事情。也许我们的宇宙经历了短暂而突然的膨胀爆发，或者在其第一秒钟的某个时刻经历了剧烈的相变。或者，可能有大量的粒子在衰变，加热我们的宇宙并改变其演化。可能性比比皆是。这些事件可能极大地影响了暗物质在我们宇宙的最初时刻如何形成和相互作用。如果我们有一天要知道确实发生了这样的事件，这几乎肯定会改变我们对暗物质的性质以及为检测暗物质而需要进行的各种实验的期望。它甚至可以解释为什么暗物质这么长时间一直难以捉摸。
地下暗物质探测器和大型强子对撞机的显着进步使宇宙学领域陷入了重大颠覆。暗物质似乎与我们大多数人曾经想过的完全不同。暗物质的顽固难以捉摸，迫使我们放弃了许多我们最喜欢的理论，并考虑了一些有关该物质及其在大爆炸之后的头几个瞬间形成的条件的全新想法。
通过努力发现暗物质的本质，我们不仅希望识别组成我们宇宙中大部分物质的粒子，而且希望了解我们宇宙历史的最早时刻。从这个意义上讲，暗物质为我们提供了进入大爆炸的窗口。我毫不怀疑，这些最早的时刻包含着不可思议的秘密。但是我们的宇宙密密麻麻。我们需要从它的掌握中哄骗那些秘密，将它们从神秘变成发现。
DAN HOOPER是费米国家加速器实验室的高级科学家，也是芝加哥大学的天文学和天体物理学教授。他是《时间的边缘：探索我们宇宙第一秒的奥秘》的作者。