暗物質會不會是高維空間中的物質？

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科學家之所以提出「暗物質」的假說，是因為在實際宇宙觀測中，有一部分力不知道是從哪裡來的。由於沒有觀測到施加響應引力的物質，所以假說那些物質為無法觀測到的「暗物質」。試想有沒有可能，這些暗物質來自於一個我們無法觀測到的維度尺度中的平行宇宙？例如有兩張紙疊在一起，它們中間的差距只有1毫米。其中一張紙上的物質對另一張紙上的物質施加引力。這個引力被第二張紙上的小人觀測到了，但他卻看不到第一張紙上的物質（紙上的二維生物是無法向上（第三個維度）看的，就像我們無法看到第四維一樣）。實際上，雖然互相看不到，但是這個小人距離那一團物質的距離就只有1毫米。有沒有可能是我們無法觀測到的物質距離我們也只有很小的一段距離，只是我們看不到，但卻能感受到它施加的引力？

知乎推薦到我時間線了，所以不邀自來。

（2.0版北京時間3月5日凌晨上線。本貼看到下面，有美女照也有視頻哦。「書中自有黃金屋」，古人沒有騙你，葛歌也不騙你哦。）

非常有意思的一個問題。而且題主同學的想法並不民科，只是表述上有些不清楚。下面有些答案，明明連問題都沒看清楚就開始踩題主，有秀優越感之嫌哦。

題主你的兩張平行的紙的表述，其實跟膜理論（M-Theory，M理論）裡面的一些模型很像，也類似我在給朋友解釋M理論時經常用到的闡述。既然題主你的闡述里，兩張都是紙，所以其實兩者的空間維度是一樣的，標題中的「高維空間」並不貼切。

我的解讀，題主你說「兩張紙」想表達的其實是兩個二維空間，這在膜理論裡面稱為膜，brane。普通人比較容易想像到的膜，例如日常生活中會用到的保鮮膜，都是近似二維的。當然，保鮮膜雖然很薄，但是還是在第三維有一個厚度。在膜理論裡面，二維的膜是完全沒有厚度的。而且，膜理論里可以有從一維到多維的膜。例如我們所在的三維空間，就是一個三維膜。而被膜包裹著的、更高一維的空間，則叫「體」，bulk。可以想像一下，一張二維膜（2-brane），構成一個球體的表面，被膜包裹的三維球體就是一個三維的「體」。而如果膜理論是正確的，我們所在的三維膜（3-brane）就是一個更高維空間的一部分。

綜上所述，我覺得其實你想問的是：假如有兩個各自擁有3個空間維度的三維空間，平行處於一個擁有4個空間維度及一個時間維度、符合愛因斯坦廣義相對論的五維時空里，而且離得非常近。那麼，其中一個三維空間里的質量會不會以引力的方式影響另一個三維空間里的質量？會不會造成在那個三維空間里有暗物質的觀測結果？

答案是：會！因為根據愛因斯坦的場方程，引力必然是作用於整個時空的。

目前宇宙學中所說的暗物質，或者具體的說，根據觀測到的引力透鏡以及星系自旋速度差異問題的這些現象所提出的「暗物質」假設，主流的看法為：應該是我們所在的三維空間內的弱相互作用大質量粒子，Weakly Interacting Massive Particles（WIMP）。但是，根據膜理論中的一些模型，也有可能是另一個空間里的物質造成的。

斯蒂芬·霍金，在他的《膜的新世界》一書，以及同名科普記錄片、多次公開演講中，都提到過這一點。他在浙大作過的演講鏈接如下：
膜的新世界_百度百科

截圖：

講下去之前，先at一下原題評論里給了題主鼓勵的兩位同學 @蘇菲@ @Dennis ，兩位同學是好人。

下面來講講相關的兩個膜理論模型。分別是普林斯頓大學的保羅·斯坦哈特教授，Paul Steinhardt，的 Steinhardt-Turok 模型，和哈佛的麗莎·蘭多教授，Lisa Randall，提出的Randall-Sundrum模型。斯坦哈特以他在「大爆炸」也就是膨脹型宇宙起源理論上的工作，得過一次狄拉克獎。而蘭多，則是哈佛第一位女性理論物理終身教授。（也是開貼時說的美女）

下面這個，是 Steinhardt-Turok 模型的示意圖。

這個模型的要點，首先是：整個宇宙的維度比我們人類目前可以觀測到的三個空間維度要高，我們人類和我們目前觀測到的宇宙只是在其中一張三維膜上。第二點（也許更重要）是：宇宙是周期性的，膜與膜之間的碰撞造成「大擠壓」（Big Crunch）和緊隨而來的「大爆炸」（Big Bang），宇宙會終結、然後新的宇宙又馬上開始。換句話說，它是一種有別於單次「大爆炸」那一類膨脹理論（inflation cosmology）的宇宙起源理論。而且基本符合宇宙微波背景（Cosmic Microwave Background, CMB）的觀測結果。

鐺鐺鐺，等了好久的美女照終於要來了。

當然上面那張是早年。很抱歉，我們米國的物理學界也不能免俗，要講顏值神馬的。

下面這張才是素顏近照。

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當然，依然是「美女」，美國婦女。汗... ：

哦，還有視頻，前幾年的：
Lisa Randall -- Understanding Multiple Dimensions_土豆

好了，好了，閑話說完，我們來講講蘭多教授的模型的要點。更具體的是RS1模型的要點，RS1的要點是：宇宙由兩張三個空間維度加一個時間維度、平行的「膜」構成，兩者中間是一個四維空間的「體」。我們所在的膜，叫TeV膜，而另一張膜，叫引力膜。引力子的作用力在這兩張膜上的體現不一樣，成幾何增加或衰減。在我們所在的TeV膜上，引力非常弱，但是其他三種力 -- 電磁、強相互作用、弱相互作用，相對來說非常強。而在引力膜上，引力非常強，但其他三種力非常弱。這個模型是可以解釋理論物理中的級列問題（hierarchy problem）的。

示意圖：

或者這張紐約時報登過的示意圖：

最後要說的是，講了這麼久膜... 怒膜一發！再給長者續一秒
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暗物質更可能是宇宙空間在大尺度上不平整，空間的扭曲和存在質量對於我們的觀測是等價的

觀測上和實驗都證實不了的東西知道就好，等哪天技術條件發展到能夠發現了再去暢想也不遲~

解決所謂的「暗物質」問題，有n多的idea
你這個想法，可以歸到一大類上面去
不是什麼額外維 extra dimensions，而是叫做 modified gravity，也就是對引力理論進行修正
「修正的引力」理論的一個大問題就是 motivation 不足，適用範圍有限

這個事情要從「暗物質」的發現說起
我們知道，太陽系以內是牛頓的萬有引力統治的世界，海王星的發現是牛頓引力的強有力證明
比星系更高一層的星系團和宇宙，是廣義相對論統治的世界，廣義相對論是建立現代宇宙學框架的基石
而且，牛頓引力和廣義相對論之間的聯繫和區別，我們是非常清楚的
而暗物質的存在，介於太陽系和宇宙之間，是星系尺度上的事
當然，星系也有大星系和小星系
可是，我們很難理解，為什麼剛好在星系尺度上，會出來一個既不同於牛頓引力，又不同於廣義相對論引力的「修正的引力」
所以這樣出來的理論體系，往往都很彆扭：既要在太陽系尺度內符合牛頓引力，又要在宇宙尺度上回到廣義相對論，還要在星系尺度上剛好能導出暗物質的存在（包括旋轉曲線）等
最近證實的引力波更是加了一個很強的限制：「修正的引力」理論要能導出黑洞併合所發出來的引力波
限制這麼多，可想而知，這個理論得多難搞
所以大家都對此持悲觀態度，覺得還是別的可能性更大一些：也就是主流的「冷暗物質」理論
比如像你的比喻中說的，為什麼「高維空間」剛好在星系尺度上起作用，而在宇宙尺度和太陽系尺度上沒有明顯的跡象呢？

當然，科學的東西，誰也說不準
也許熱門的東西最後被證明是錯的，反而是「小眾」的理論最後取得了認可
就像「微波背景輻射」發現之前的「穩態宇宙」理論一樣
所有物理理論，最後都要給出一個可觀測、可檢驗的結果，而且要與既有證據不矛盾

導師最近也在想這個問題，不過要徹底解決還有很多工作要做。

我發現自從三體火了之後，什麼目前解釋不了的理論都往高維上靠

我也很贊成匿名回答的暗物質可能是宇宙空間在大尺度上的不平整性。
換句話說，如果把宇宙比喻成平靜的湖面，那給我們的感覺就是處處很平，但是如果把宇宙比喻成海面，那麼沒人敢說海面處處平整了。俗話說無風還三尺浪呢，在大海的某一處存在波濤起伏的不平整也就不難理解了。
其次，最近引力波的發現，也很好的說明了我們所熟知的這個宇宙空間並不是剛性的，完全就像水面，一些大事件(比如兩黑洞的相撞)的發生，都會產生強烈的漣漪，讓這個空間產生震蕩。
所以，自從宇宙誕生以來的百億年里，我們根本不知道宇宙中還發生過哪些更大的事件，以至於讓整個宇宙空間還像被煮沸的湖面一樣混亂，導致在大尺度上處處不平整。也許我們的銀河系只是在空間漣漪的一個小小小小小小浪頭上，局部平整而已，以人類目前的眼界，自然觀察不到更大尺度上的漣漪。
或許在不久的將來，我們探測引力波的手段更精確，在探知多個引力波的強度抑或波長頻率後，那麼它們在空間某處的干涉效應也就能被預測到了，到時侯就可以通過觀察星體的運動來一探暗物質到底是個什麼東西。

你的想法很好，但是通過你的想法，必然得出推論：引力是向多維球體發散的，也就是說，引力至少發散到了4個維度的空間。

那麼我們假設僅僅是4維空間，太陽均勻地向四維空間釋放出引力子（而不是現在的三維空間），則隨著太陽和地球距離d的不斷增加，地球產生的立體角的表面積是正比於r^3，而不是r^2。也就是說，萬有引力應該與距離的三次方成反比。

而現在很明顯萬有引力是與二次方成反比么（誰能告訴我知乎怎麼添加公式……）。

所以以現在的測量方式，我們可以認為至少太陽系是完全沒有與四維空間的引力關係的……

民科勿輕信。
暗物質雖然看不見，摸不著，不過由於引力透鏡效應，天文觀測可以大致推出其形狀和邊界，現代的很多天文觀測似乎都在暗示暗物質在極大尺度上是一團3D網狀結構，而星系群大多集中在這些結構的連接處和角落裡。
圖片我找不到，不過印象當中B站有很多有關暗物質的視頻，你可以翻翻看。
這意味著暗物質並非均勻的分布在空間中的，如果把暗物質理解為高維作用，那麼高維作用在我們這個宇宙中的影響不均勻分布，而這個影響又和星系分布有關聯，這就很耐人尋味（可能性不大）了。

我也是這麼想的，可能是高維度物體，甚至宇宙本身就是個高維組織，就像一個星球，我們在星球表面，看到的只有星球百億分之一，我們腳下空間運動都看不見，但地震還是能讓我們感覺到它們的存在一樣，可能高維空間我們無法觸及但還是被感知到了
其實我覺得，甚至量子的怪異行為也許也和高維有關，我們到高維一看，可能就明白量子運動就像三維空間一個小球滾過那麼簡單
但首先暗物質暗能量都是假設，存在其他維度也都是假設，宇宙模型不是我們腦洞一開就形成的，我們拿不出公式也沒有觀測證據，也就是大家探討探討，可能早就有大師級物理學家這麼想了，但沒有任何物理模型，也只能腦補腦補，宇宙構成可能還要祖祖輩輩的積累才能完成，這是科學幫助人通向神的征途哈

所有類比的手段去描述科學問題都是愚蠢的。
高維空間定義本來就是工具，也是為了描述我們所在世界的工具而已。別看見個數學公式就想其物理意義，霍金害人不淺。
不知道為什麼這麼多人動不動就高維高維。當然你也可以說我們現在空間就是五維，但是這只是科幻小說而已。

動不動喜歡談維度的基本都是民科。物理學家眼中的維度根本不是很多人想的那回事。還有，什麼都強行扯上三體已經成為討論科學問題一大公害。

題主可以問一個更好的問題：
我們知道暗能量在宇宙中佔比70%以上，並且還在不斷增加中，那麼暗能量為什麼不能是高維空間中的能量形式呢？
要知道暗能量可比暗物質多多了

暗物質只是猜想，高維空間只是猜想，平行宇宙也只是猜想，所以別人無法給你答案。但是你提出一個想法之前是不是應該先好好了解一下暗物質，高維空間，平行宇宙這些概念是怎麼提出來？這些概念到底代表著什麼？為什麼提出來？不要不知道從哪本科幻小說里看到幾個名詞就跑來這裡亂問一通。

嗯，我也贊成匿名用戶的回答，暗物質有可能是空間本身的曲率的體現，或者說，就是空間本身的不平整度。

當然，我知道我是民科，所以我只開腦洞，不爭對錯。

話說，物理學界對這類觀點有看法嗎？

簡單來說，暗物質就是科學家設想的用來填坑的，填的是許多無法解釋的天文現象。
1933年瑞士物理學家弗里茨-茲威基（Fritz Zwichy）分別用兩種方法來計算后髮座星系團（距離太陽系大約3.2億光年）的質量，一是「根據各星系運動速度來計算其質量」，二是「根據各星系內的恆星亮度來計算其質量」。但前者所得質量是後者的400倍。為解釋這一矛盾，他提出星系中存在「無法看到的質量」。而這個質量就是暗物質的質量。
但是迄今為止沒有證據證明暗物質的存在。
（知道存在但無法證明，科學家糾結的心理，慘慘慘）
最新計算機模型顯示暗物質不是由重粒子構成的。
暗物質產生引力，但是不發光（電磁波）。

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題主所設想的兩個小人，若是二維小人，那麼他們觀測不到相互的引力。引力產生於質量，二維世界只是一個平面，是沒有質量的，那麼就不會有引力。如果觀測到了，那麼就說明這倆小人是三維的，那麼他們就可以看到彼此。由於紙張的質量太小，其引力要在距離非常小的情況下才能有所體現。不過拉到天文層面，距離就是按光年計的了。這個距離概念對我們來說很大，但是對於天體來講就不見得了。
不過題主關於不同維度的設想很不錯，暗物質完全有可能是高維的某種玩意兒在三維的」投影「，這個」投影「我們看不見，但它對天體產生了影響。
誰知道呢~都是些燒腦但又燒不出個結果的玩意兒。

感興趣，那就容我瞎扯幾句好了
人的認知範圍還太淺，就對外部的感覺無非觸覺，視覺，嗅覺，味覺，聽覺。
這些感覺大概都是為了維持人類在地球上的食物鏈頂端地位，多餘的感覺會浪費能量，不需要，淘汰了。
又或者我們常常都能碰到，聽到，嗅到，嘗到，看到，然而這對我們來說沒什麼大用，於是就像大腦自動過濾掉眼球上的血管一樣把它的信息過濾掉了。
然後，暗物質大概就處在我們中間，不時穿過我們的大腦袋，與我們（暫時？）和諧共處。

當然了，人的腦洞還是很大的，如果我說暗物質就是神，掌握著物理秩序，你拿我也沒辦法。
另外，高緯度低緯度目前為止只是人類的空想，這個宇宙就是這樣的，人無法超越光速也就永遠被蒙在這個宇宙（騙局）裡面。
另外的另外，不同維度的世界大概物理規律會不一樣，兩張紙同樣也是以三維物體的身份在三位宇宙中運行著它的規律。如果將一個絕對的二維物體（二向箔？）放入三維宇宙，就不會有任何的質量（二維宇宙中沒有的東西），也就沒有任何的存在意義。

還有，高維宇宙中只能存在較低維的東西吧
所以三維宇宙中不會有四維的物體，如果說暗物質是高維，根據它的引力現象，它應該是處在三維空間之中的，而不是之上。它對於三維空間的作用會直接穿透某個坐標軸。

來自北京市在讀高一學渣

建立在複雜數學上的瞎想，就是很多人眼中的正經物理學，科班的，非民科的。因為理論數學推導太複雜，這些人也搞不懂是否正確，只有裝著很懂，很有科班派。
你要只是語言上的瞎想，那就是很多人眼中的民科。
一個是一本正經的瞎想，一個是隨意的瞎想，居然就被很多人分為科班和民科。
當年托勒密那套理論，邏輯多嚴密，數學多嚴謹，多體現一個人的理論水平。結果如何，還不是一派胡言。
動不動就科班、民科，這類人就是科學進步的阻礙。

也可能是低維空間的。
像二維世界，由於二維世界沒有厚度，三維世界的光線能夠完全穿過，所以二維世界對三維世界來說完全透明，不可能看到。但假如二維世界不對高維釋放能量，且二維世界裡的的引力源能夠作用於三維世界，這種完全看不到的引力源，或許就是我們說的暗物質。

暗物質一直被科學界說的模稜兩可，五花八門的解釋都有，其實，沒有一個看似講的通的理論。

已經被列入世界未解之謎大百科全書。

不信看看兩個高票的回答，都算是科班出身，我上一下截圖

第一個：

第二個：

看到沒有，他們解釋的都是用：「科學的東西，誰也說不準」，「也有可能」，「或者具體的說」，「熱門的東西被證明是錯誤的」，「主流的看法」。。。等關鍵詞。

當然我不敢撕逼科學教。

但是要是研究周易的人敢這麼說，會被另一幫別有用心的人給撕爛了。人性對待不同的東西，容忍度是不一樣的，悲哀的人性。

我其實想說的是，就連科學上，也有看似模糊的解釋，沒有大眾印象中的那麼精確那麼絕對，很多物理模型也都是假設而已，其實並不真正存在，嗯。

其實也是很玄的。

所以正確理智的看待各個學科各個理論，包括科學，宗教，神學，當然，還有周易。

沒有絕對的真理，沒有絕對的邪說。

當原子彈毀滅了整個地球的時候，科學也是邪教。

只有適用於當下對自然規律合理的解說。

請用一個博大，兼容，通透的視角去看待這些東西。這才是一個系統成熟的思維該做的。

謝謝。

輕噴。