宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在(zài)过去(qù)的几十年(nián)当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的(de)有效证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运(yùn)动的(de)规(guī)律。往后的(de)几百年来，当天文学家们(men)发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候(hòu)，他(tā)们(men)就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且发现了海王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是应(yīng)用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取得重大天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是(shì)这些发(fā)现都是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是(shì)一个由数千个(gè)星系所组成的(de)巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在(zài)一(yī)起。测(cè)量星系(xì)团的质(zhì)量一般会(huì)使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确(què)定其质量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其(qí)"光(guāng)度学的(de)质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系(xì)团中的各个(gè)星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的(de)运动(dòng)速度(dù)。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的(de)是，在(zài)测(cè)量速度(dù)的(de)过程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星(xīng)系团中很(hěn)多(duō)星系的(de)速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生(shēng)的(de)引力是无法将它(tā)们(men)束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之(zhī)外(wài)了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这(zhè)种力量(liàng)来源(yuán)于(yú)某种隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一(yī)次(cì)出现。天文学家维拉(lā)鲁宾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(zhōng)心越(yuè)远的恒(héng)星在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人(rén)感到(dào)不可思议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎(hū)保(bǎo)持(chí)不变(biàn)。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的(de)方法来解(jiě)释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法就是(shì)测(cè)量星(xīng)系(xì)当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗(àn)物质的(de)力量进入其(qí)中。

于(yú)是科学(xué)家们(men)通过射(shè)电(diàn)望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿(dùn)的(de)力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银(yín)河系(xì)的第三(sān)悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上(shàng)，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度(dù)远(yuǎn)远大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心(xīn)加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我们(men)看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学(xué)家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗(àn)物质(zhì)的质量(liàng)占整个星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不(bù)是唯一(yī)可以解(jiě)释(shì)这个现象(xiàng)的(de)原因。在一项新的研究当(dāng)中，科(kē)学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上(shàng)的微小差(chà)异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现了一个反常(cháng)的星(xīng)系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但(dàn)是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银(yín)河(hé)系的(de)千分之(zhī)一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须(xū)存(cún)在(zài)暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜(jìng)对其进行(xíng)了(le)40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系(xì)中的恒星运动(dòng)是(shì)可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也(yě)许(xǔ)该星系(xì)的暗(àn)物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星(xīng)系存(cún)在(zài)。造成这些(xiē)现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人(rén)类对引力(lì)的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不(bù)同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相互作用，科(kē)学家(jiā)还引入了外(wài)部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关(guān)于暗物质(zhì)存在的其他(tā)的理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没(méi)法解释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组(zǔ)成，类似这(zhè)样(yàng)的(de)星团，它们大部(bù)分的普通质量都在星(xīng)系的(de)气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体(tǐ)的相互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的(de)质(zhì)量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些(xiē)气(qì)体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通过什么来验证(zhèng)它的质量区(qū)域到底是不是(shì)集(jí)中在中间(jiān)呢？前(qián)不(bù)久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可以明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地(dì)球上的观测(cè)者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东西的硝酸银的相对原子质量是多少整数，硝酸银的相对原子(de)引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可(kě)能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它(tā)的(de)大质量区域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这个区域，并(bìng)在两边(biān)形(xíng)成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜(jìng)研(yán)究(jiū)也(yě)被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的(de)迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过了(le)130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留(liú)下了各相同性的(de)微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表(biǎo)示温度较高的区(qū)域，蓝色(s硝酸银的相对原子质量是多少整数，硝酸银的相对原子è)则表示(shì)相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但(dàn)实(shí)际上它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通(tōng)域提取和标记(jì)之后发(fā)现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大(dà)约是(shì)普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒星运动(dòng)所需要的(de)暗物质比例是(shì)一(yī)致的(de)。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了(le)一个(gè)简单的理论框架，就很好地(dì)解(jiě)释(shì)了很(hěn)多不同的观(guān)测(cè)结(jié)果。而(ér)暗(àn)物质(zhì)的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们(men)不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作用(yòng)。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是(shì)什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子(zi)所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的(de)几十(shí)年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗(àn)物质”，科(kē)学(xué)家们已经进行了(le)超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一(yī)个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球(qiú)上最大的地学实验室(shì)，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来(lái)，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经(jīng)过(guò)了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是(shì)人类发现暗物质(zhì)的(de)第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在(zài)以这(zhè)样的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年(nián)的(de)时间(jiān)，地(dì)球围绕太(tài)阳的(de)方(fāng)向与太阳环绕银河(hé)系的(de)方向是一致的(de)，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快(kuài)的(de)时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系(xì)的平面呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这可以用来(lái)解释，研究人员(yuán)们所观测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连(lián)意大利游客的(de)数量(liàng)也(yě)符合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半(bàn)球建立了(le)一个几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可以得(dé)到相同的信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗物(wù)质所存在的非常有力(lì)的(de)证据了(le)。但(dàn)是由于(yú)这(zhè)个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无(wú)法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主(zhǔ)镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其中一个(gè)关(guān)键的用(yòng)途(tú)就是探索(suǒ)暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说(shuō)是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的大(dà)前(qián)提是要先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新的动力！

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