宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科(kē)学(xué)家们在过去的几十年当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发(fā)现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他(tā)们就会(huì)知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力(lì)在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王(wáng)星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成(chéng)就(jiù)的(de)例子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升(shēng)到星系或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异(yì)了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量(liàng)。这(zhè)是(shì)一个由(yóu)数(shù)千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大(dà)星系(xì)团，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星系的光度(dù)。

第二(èr)种是动力学质(zhì)量(liàng)的计(jì)算，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系(xì)团的运动速(sù)度。当(dāng)测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或者说这99%的(de)质量(liàng)并不(bù)以可见光的形式所存(cún)在，我们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过(guò)程(chéng)中，兹(zī)威基发(fā)现星系团中很(hěn)多星系的(de)速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系(xì)的质量所产生的引力是(shì)无法将它们束(shù)缚在(zài)星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在(zài)起作用(yòng)，这种力量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这(zhè)样部(bù)分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再一次出(chū)现。天(tiān)一般墓地种多少棵柏树吉利，墓地一般种几棵柏树好文学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在(zài)观(guān)测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行速度就会(huì)越(yuè)慢(màn)。但是他们观测(cè)的结果却让(ràng)人(rén)感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可(kě)是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使用(yòng)一(yī)种相对标准的方法来解释(shì)暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系(xì)中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系也不例(lì)外，太(tài)阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离(lí)银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度应该(gāi)是(shì)160千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实(shí)际(jì)上，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速(sù)度远(yuǎn)远大(dà)于理论速度，那(nà)么产生(shēng)以上(shàng)这(zhè)种向(xiàng)心加(jiā)速(sù)度的原因很可(kě)能就是存在(zài)着一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物(wù)质的(de)引力效应将星系(xì)聚(jù)集(jí)在了(le)一起。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的研究人(rén)员开(kāi)始相(xiāng)信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学(xué)家根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外(wài)，天文学(xué)家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系(xì)不(bù)多(duō)，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河(hé)系的(de)千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离(lí)析。但是科学家们(men)使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正(zhèng)常(cháng)的物(wù)质和力学(xué)定律来解释(shì)的。那么又有人(rén)提(tí)出(chū)，也许该(gāi)星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近(jìn)没有任何星系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的质(zhì)量(liàng)之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在(zài)星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致温度的(de)急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质量(liàng)将位于所有这些气(qì)体所在(zài)的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们(men)通(tōng)过(guò)什么来验证它的质量(liàng)区(qū)域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是(shì)真的(de)被(bèi)扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯(bó)望远镜(jìng)出(chū)了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观(guān)测(cè)者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西(xī)的引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大(dà)质(zhì)量区(qū)域并(bìng)不是在中(zhōng)间(jiān)，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的(de)质量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成(chéng)了(le)引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上(shàng)留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的(de)部分表(biǎo)示温度(dù)较高的(de)区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际上它(tā)们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过(guò)对前景背景分离(lí)后的二(èr)值(zhí)图像进行连(lián)通域提取(qǔ)和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是(shì)这样(yàng)的，而随(suí)着暗物质的(de)增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐(fú)射(shè)的(de)测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解释(shì)星(xīng)系当中恒星运动(dòng)所需要的(de)暗物(wù)质比例是(shì)一(yī)致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简单的(de)理论框架，就很(hěn)好地(dì)解(jiě)释了很多不(bù)同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他(tā)的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要(yào)的实验方(fāng)式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不(bù)会与常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行了超过(guò)50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除(chú)了(le)一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月(yuè)份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么(me)暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们(men)也在(zài)以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物(wù)质流(liú)，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时(shí)间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳(yáng)环(huán)绕(rào)银河系的(de)方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外半年(nián)则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可以用来解(jiě)释(shì)，研究(jiū)人(rén)员们(men)所(suǒ)观测(cè)到的周(zhōu)期(qī)性(xìng)信号(hào)。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这种年(nián)度周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)连意大利游客的数量也符(fú)合这(zhè)个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们(men)又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这(zhè一般墓地种多少棵柏树吉利，墓地一般种几棵柏树好)里，地球穿过暗物质流(liú)的运(yùn)动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可(kě)以得(dé)到相同的(de)信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力的证据了(le)。但是由于这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法提(tí)供相应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野是(shì)哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关(guān)键的用途就是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对(duì)于探(tàn)测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是(shì)要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的(de)支持(chí)是我更新的动力！

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