宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存(cún)在科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的(de)证据，科学家们在过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的(de)几(jǐ)百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异常，不(bù)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(yǒu)未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就(jiù)通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的(de)异常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用万有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文(wén)成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者(zhě)是星团的(de)尺度，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威(wēi)基正在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千(qiān)个(gè)星系所组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团的质量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定其质(zhì)量的(de)范围。

第(dì)一种是(shì)获得(dé)其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星(xīng)系的光(guāng)度(dù)。

第二(èr)种是动力(lì)学(xué)质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各个星系相(xiāng)对(duì)于(yú)星系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多(duō)星(xīng)系的(de)速(sù)度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无法将它(tā)们束(shù)缚在(zài)星系团(tuán)内的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出(chū)星系团(tuán)之外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的(de)力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部(bù)分不可(kě)见的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的(de)质量(liàng)。只是当时的人们(men)对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离(lí)中心(xīn)越远的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观(guān)测(cè)的(de)结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据(jù)牛(niú)顿的万有引力定律，在(zài)星(xīng)系(xì)当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些(xiē)外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于(yú)这(zhè)种现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一(yī)种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质(zhì)的(de)存在，这(zhè)种方法就(jiù)是测量(liàng)星系(xì)当中(zhōng)气(qì)体在(zài)X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了(le)距离星系中心更远距离的(de)氢元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的(de)太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于(yú)银(yín)河系的(de)第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远大于(yú)理论速度，那么(me)产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是存在着一(yī)种我们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了(le)一(yī)起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信暗物(wù)质(zhì)的存(cún)在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的(de)微小差异(yì)。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现了(le)一个反(fǎn)常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球(qiú)大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河系(xì)不多，但是星系当(dāng)中存在的(de)恒星数量却只有银(yín)河系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是(shì)科(kē)学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和(hé)力学定律来解释的(de)。那么又有人提出(chū)，也(yě)许该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪(guài)的是，它的(de)附近没有任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能(néng)就是人类对引力的(de)理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们(men)的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升(shēng)到星系(xì)和(hé)星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的相互(hù)作(zuò)用则是不同的(de)方式。对于(yú)在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们需要对现在(zài)的物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的其他(tā)的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类似(shì)这(zhè)样(yàng)的星(xīng)团(tuán)，它们(men)大部(bù)分的普(pǔ)通质量都(dōu)在星(xīng)系(xì)的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)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。那么我(wǒ)们通过什么(me)来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜(jìng)传回(huí)了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明显地看到(dào)很多星系似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变。其实这些(xiē)星系本身并(bìng)不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球上的(de)观测者之间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质(zhì)量的东西的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发生了(le)扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测(cè)的时(shí)候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是(shì)当星团发生(shēng)全部的碰撞时(shí)，可(kě)被(bèi)观测(cè)到的质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在(zài)两(liǎng)边形成了(le)引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相(xiāng)同(tóng)性(xìng)的微波辐射(shè)。其(qí)中红色的部分表示(shì)温度较高的(de)区(qū)域，蓝色(sè)则(zé)表示相对(duì)较冷的区域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过(guò)对前景背景分(fēn)离后的二(èr)值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该是(shì)这样的，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景辐射(shè)的(de)测量值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质(zhì)大约是(shì)普通物质的(de)5倍。这个(gè)数字与解释星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了(le)一个简单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很多(duō)不同的(de)观测结果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来(lái)相互作用。所以如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们(men)已经(jīng)提出了数(shù)十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标(biāo)粒子(zi)所需(xū)要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常规(guī)物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进(jìn)行了超过(guò)50次(cì)的实验，却没有任何实(shí)质性(xìng)的发现，除(chú)了一个地方，意(yì)大利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最(zuì)大的地学实验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测(cè)到了某种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的(de)数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测(cè)率会在每(měi)年的(de)6月份达到(dào)峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到最低，而(ér)且(qiě)在20年(nián)当中每年(nián)都是一样。一(yī)些科学家(jiā)认为这(zhè)可能是人类(lèi)发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物(wù)质会(huì)产生(shēng)周期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河(hé)系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相(xiāng)应(yīng)的振(zhèn)荡(dàng)，同时(shí)地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则(zé)与之相反。

而(ér)在(zài)6月份的(de)时候，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流(liú)最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的(de)情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这(zhè)可(kě)以用来解释(shì)，研究人员们所观(guān)测到的(de)周期性(xìng)信(xìn)号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意(yì)大利游客的数量也(yě)符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了(le)一个几乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与(yǔ)之前的(de)实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第(d世界上傻子最多的国家，哪个国家傻子多ì)一个实(shí)验室是(shì)一样的(de)。

因(yīn)此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成(chéng)为暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的(de)证据(jù)了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还(hái)无法(fǎ)提(tí)供相应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物(wù)理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森(sēn)斯特(tè)芬(fēn)研(yán)究(jiū)发(fā)现，如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不(bù)会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质(zhì)正(zhèng)在(zài)通过(guò)这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是(shì)要(yào)先找到(dào)暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的实际证据(jù)。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是(shì)我更新的(de)动力！

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