宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何(hé)会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学(xué)家(jiā)们在过去的(de)几(jǐ)十年当中进(jìn)行了超(chāo)过(guò)50次的长期(qī)实验，但是却没有发(fā)现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学家们(men)发现(xiàn)某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的(de)天(tiān)体通过引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王(wáng)星运行轨道的(de)异(yì)常(cháng)，推(tuī)算并且发现了(le)海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得重大天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是(shì)星团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团的(de)质量(liàng)。这是(shì)一个(gè)由数千个星系所组成(chéng)的(de)巨大(dà)星系团，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在一起。测量星系(xì)团的(de)质量一般(bān)会(huì)使用到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结(jié)果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的数(shù)据是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测(cè)量星系团中的各(gè)个星(xīng)系相对于星系团(tuán)的(de)运动速度(dù)。当测量结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所(suǒ)存(cún)在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见星系(xì)的质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无(wú)法将它们(men)束缚在星(xīng)系团内(nèi)的(de)，它(tā)们早就应该(gāi)被抛(pāo)出(chū)星系(xì)团(tuán)之外了(le)，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量在起作用，这种力(lì)量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部(bù)分(fēn)的质量(liàng)。只是(shì)当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是(shì)他们观(guān)测的结(jié)果却让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标准的方(fāng)法来(lái)解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是(shì)测量星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通过射电望远镜测(cè)量了距离(lí)星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它们(men)的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)并(bìng)不符合牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例(lì)外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太(tài)阳系(xì)的(de)运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种向心加速度(dù)的原因(yīn)很可能就(jiù)是存(cún)在着一种我们看不到的物(wù)质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也是(shì)从这时(shí)开(kāi)始，越来(lái)越(yuè)多(duō)的(de)研究人(rén)员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨道的(de)速(sù)度，估算在星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质(zhì)量(liàng)占整个星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出现速度上的(de)微(wēi)小差(chà)异。另外(wài)，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但(dàn)是(shì)星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其(qí)进(jìn)行了(le)40个小时的详细测量之后，发(fā)现星(xīng)系中的(de)恒星运动是(shì)可(kě)以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物(wù)质的假说之外(wài)，另一种可能就是(shì)人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系(xì)尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们(men)所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立(lì)，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也(yě)让很多(duō)人认为暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是(shì)在(zài)宇宙(zhòu)当中还(hái)有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其他(tā)的(de)理论(lùn)证据(jù)，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的(de)“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们(men)大部分(fēn)的普(pǔ)通质量(liàng)都(dōu)在星系的(de)气(qì)体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)时(shí)候，星际气体的(de)相互作用就会导致(zhì)温度的(de)急剧升高，速度(dù)大(dà)幅(fú)降低。所以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大(dà)部(bù)分的质量将位于(yú)所(suǒ)有这些气体所在(zài)的中间(jiān)区域。那么(me)我们通过什么来(lái)验证它的质量(liàng)区域(yù)到底是不是集(jí)中在(zài)中(zhōng)间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些星系(xì)本(běn)身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的娜能组成什么词，娜字能组什么词语天(tiān)体可(kě)能(néng)是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团(tuán)观(guān)测的(de)时候，发现(xiàn)它的(de)大质量(liàng)区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的(de)质量气(qì)体被卡在了中间，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物(wù)质存在(zài)的迄(qì)今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的(de)光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了(le)各相(xiāng)同性的(de)微(wēi)波辐射(shè)。其中红色的部分表(biǎo)示温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际上它们之间(jiān)的温差(chà)只有(yǒu)万分之(zhī)一(yī)。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的(de)二值(zhí)图像进行连通域提取和标记之(zhī)后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测(cè)量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字(zì)与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例是一(yī)致(zhì)的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很(hěn)好地(dì)解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型(xíng)的(de)粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相(xiāng)互作用。所以如果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相当于找到(dào)了暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家(jiā)们(men)已经(jīng)提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的(de)目标粒(lì)子(zi)所需(xū)要的(de)实验方式也不相同(tóng)。在过去(qù)的(de)几十(shí)年当中，人类为(wèi)了寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎(hū)不会(huì)与常规(guī)物(wù)质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何实质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大(dà)的地学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会(huì)在娜能组成什么词，娜字能组什么词语(zài)每(měi)年的6月份(fèn)达到(dào)峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗(àn)物质会(huì)产(chǎn)生周期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个(gè)过程(chéng)中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳(yáng)环(huán)绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一(yī)致的，而另(lìng)外(wài)半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太(tài)阳系相对(duì)银(yín)河系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们(men)所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可(kě)能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客的(de)数量也符合这(zhè)个周(zhōu)期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们(men)又在南半球(qiú)建立了一个几乎(hū)相同的实(shí)验室(shì)，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的(de)实(shí)验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗(àn)物(wù)质流的运动(dòng)特征和第一个实验(yàn)室是(shì)一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如(rú)果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为(wèi)暗物(wù)质所存在的(de)非常(cháng)有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还(hái)无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的(de)宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在(zài)，它(tā)们极有可(kě)能拥有另(lìng)一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者说是生(shēng)命(mìng)进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提(tí)是要(yào)先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新的动力！

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