宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存在(zài)科学无(wú)法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物(wù)质存(cún)在的证(zhèng)据，科(kē)学家(jiā)们在(zài)过去的几十(shí)年当中进行(xíng)了(le)超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文(wén)学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的(de)天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算(suàn)并且发现(xiàn)了(le)海王(wáng)星(xīng)的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万(wàn)有引力定(dìng)律所(suǒ)取得重大天文成就的(de)例子(zi)。但是这些发现都(dōu)是在(zài)恒(héng)星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星(xīng)系(xì)或(huò)者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事(shì)情(qíng)就开(kāi)始变(biàn)得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和(hé)测(cè)量后(hòu)发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系(xì)所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力(lì)束(shù)缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一(yī)致，就可以确(què)定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获得其(qí)"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是(shì)测量各(gè)个(gè)星系(xì)的光度(dù)。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的各(gè)个星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然(rán)是(shì)“光度(dù)学(xué)质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座星(xīng)系(xì)团有99%的(de)质(zhì)量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的(de)形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速(sù)度的过(guò)程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中很多星系(xì)的速(sù)度比理论上(shàng)要(yào)快得多，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的引力(lì)是无法(fǎ)将它们束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的(de)人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(每天晚上都要弄我，天天晚上想弄我怎么办wù)质”这个(gè)词(cí)才再一次(cì)出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如果(guǒ)没有(yǒu)足(zú)够(gòu)大的质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就是测量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测量(liàng)了距离星系(xì)中心(xīn)更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的(de)力(lì)学定(dìng)律。我(wǒ)们的(de)太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河(hé)系的(de)第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际(jì)速度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的(de)原因很(hěn)可(kě)能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可(kě)以解(jiě)释这个现象的(de)原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了(le)一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是星系当(dāng)中存(cún)在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之(zhī)一(yī)。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星(xīng)系(xì)必(bì)须(xū)存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩(bēng)离析(xī)。但(dàn)是科学(xué)家(jiā)们使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发(fā)现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学(xué)定律来(lái)解释(shì)的。那(nà)么(me)又有人提出(chū)，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大(dà)星(xīng)系剥(bō)离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不(bù)够全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意(yì)味着(zhe)在(zài)行星系尺(chǐ)度中的(de)天体会(huì)沿着它们(men)的轨道，按照我们(men)所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团(tuán)的(de)尺度，引(yǐn)力之间的(de)相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间的相互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在(zài)的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗物(wù)质存在的其他的(de)理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分的(de)普通(tōng)质(zhì)量都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那(nà)么我们通过(guò)什么来验证它(tā)的质(zhì)量区域(yù)到(dào)底是不(bù)是(shì)集(jí)中在(zài)中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地(dì)看到(dào)很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大(dà)的(de)形(xíng)变。其实这些星(xīng)系(xì)本(běn)身并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也(yě)不是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什么问题(tí)，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观(guān)测者之(zhī)间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的(de)天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人(rén)们(men)对子(zi)弹星系团(tuán)观测的(de)时候，发(fā)现(xiàn)它(tā)的大(dà)质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量(liàng)气(qì)体被卡在(zài)了(le)中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上留(liú)下了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐(fú)射(shè)。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域(yù)，但实际上(shàng)它们之间的(de)温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过对前(qián)景背景分离后的(de)二值图(tú)像进行连通域提取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该(gāi)是(shì)这样的(de)，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很好(hǎo)地解释了很多(duō)不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)到(dào)底(dǐ)是什么(me)？科学家们(men)已经(jīng)提出(chū)了数十种的假想目标(biāo)，而(ér)要寻找这些不(bù)同的(de)目(mù)标(biāo)粒子所需要(yào)的(de)实验方式也(yě)不(bù)相同(tóng)。在(zài)过去的几十(shí)年(nián)当(dāng)中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了超过(guò每天晚上都要弄我，天天晚上想弄我怎么办)50次的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性的发(fā)现，除(chú)了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观(guān)测到了(le)某种信(xìn)号。经过了(le)20多年的(de)数(shù)据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测(cè)率会在每(měi)年的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到(dào)最(zuì)低，而(ér)且在20年(nián)当中每年(nián)都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味着我们(men)也在(zài)以这样的速(sù)度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时(shí)间，地球围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)的(de)方(fāng)向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完(wán)全(quán)一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平(píng)面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因每天晚上都要弄我，天天晚上想弄我怎么办(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游(yóu)客的数量也符(fú)合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实(shí)验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗(àn)物质所存(cún)在的非常有力(lì)的证据(jù)了。但是(shì)由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支(zhī)持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关(guān)键的用途(tú)就(jiù)是(shì)探(tàn)索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的(de)结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学(xué)家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生(shēng)命的(de)诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命(mìng)进化(huà)的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些(xiē)推论的(de)大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是我更新(xīn)的动力！

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