文／薛熙于

目前學界最主流的暗物質模型，為「冷暗物質」（cold dark matter）。

根源不同 交互作用



冷的意思是指速度遠較光速慢，故由重力主導演化，小的星系得以先形成，再逐漸合併成大的星系。冷暗物質在解釋宇宙大尺度結構上非常成功；然而，在預測銀河系以下的小尺度結構時，卻與觀測不盡吻合。此問題被稱為冷暗物質的「小尺度危機（small-scale problems）」。解決此難題的方法之一，是引入不同的暗物質模型，例如「溫暗物質」（warm dark matter）、「自相互作用暗物質」（self-interacting dark matter，與本文要探討的「波暗物質」（wave darkmatter）。

這些暗物質模型，雖然物理根源不同，但都希望藉由在重力之外加入小尺度的交互作用，以解決冷暗物質的困境。

波暗物質由質量極輕的玻色子組成，粒子質量僅約電子質量的10–28，故又名「極輕玻色子暗物質」（ultralight bosonic dark matter）。波暗物質與冷暗物質的主要不同處，在於前者是由量子力學中的薛丁格方程式（量子力學的基礎，類似經典力學中的牛頓定律，用來描述微觀粒子的量子態如何隨時間演化）所描述，具波動特性，這也是波暗物質名稱的由來。

粒子質量 影響面大



波暗物質的粒子質量，會直接影響其巨觀物理特性，而暗物質暈、孤立子與量子壓力均是，而這些特性又會進一步影響星系的形成與演化。因此，此研究領域的重點之一，就是藉由觀測星系的各種性質，如形狀、質量、年齡等，去反推確切的粒子質量。若不同觀測所推估的粒子質量皆一致，就能成為波暗物質理論模型強而有力的支持證據；反之，若粒子質量的測量結果南轅北轍，就可能推翻此暗物質假說，或暗示粒子質量其實不只一個。