宇宙是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会(huì)存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的(de)证据，科学家(jiā)们在过(guò)去的几十(shí)年(nián)当中进行了(le)超过50次(cì)的长期(qī)实验，但是却没(méi)有发现任何的(de)有效(xiào)证据(jù)。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克牛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(lái)，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体通过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且(qiě)发现(xiàn)了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重大(dà)天(tiān)文成就(jiù)的(de)例子。但是这些发现都(dōu)是在恒(héng)星系(xì)统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到星系或者是(shì)星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星(xīng)系(xì)所(suǒ)组成的巨(jù)大(dà)星(xīng)系团，这些(xiē)星系(xì)被(bèi)引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一(yī)般会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确(què)定其(qí)质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量(liàng)星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)的(de)各个(gè)星系(xì)相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是(shì)，在测(cè)量速度的过程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见星系的(de)质(zhì)量所产生的引(yǐn)力(lì)是无(wú)法将它们束缚在星系团内(nèi)的(de)，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出(chū)星(xīng)系团(tuán)之外了，除非有一(yī)种神秘的(de)力量在起作(zuò)用，这种力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见的(de)暗(àn)质，它不(bù)发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却(què)占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是(shì)当时的(de)人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心(xīn)越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可(kě)是(shì)根(gēn)据(jù)牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当(dāng)中如果没有足够大(dà)的质量(liàng)来吸引它们(men)，这些外围(wéi)的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了(le)。基(jī)于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存(cún)在(zài)，这种方法就是测量(liàng)星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如(rú)果出现异常(cháng)的结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元(yuán)素(sù)，发(fā)现它们的(de)旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定(dìng)律进行计(jì)算，太(tài)阳系的运(yùn)行速度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的(de)引力效应将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的(de)存在。科学家根(gēn)据星(xīng)系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质(zhì)量占整个(gè)星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这(zhè)个现象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的(de)微小差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗(àn)物(wù)质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对(duì)其(qí)进行(xíng)了40个小时(shí)的详(xiáng)细测(cè)量之后(hòu)，发(fā)现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的(de)物质和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系(xì)存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种可能就(jiù)是人类(lèi)对引力(lì)的理解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着(zhe)在(zài)行星系(xì)尺度中的天体会(huì)沿(yán)着它们(men)的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理解的(de)方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的(de)概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万(wàn)光年(nián)的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我们(men)需要对现(xiàn)在的物(wù)理(lǐ)定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还(hái)有(yǒu)关于暗(àn)物质存在(zài)的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光(guāng)年(nián)的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大部分的(de)普通质量都在星系的气(qì)体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些(xiē)气(qì)体所在的(de)中间(jiān)区域。那(nà)么(me)我们(men)通过什(shén)么来验(yàn)证它的质量区域(yù)到底是不是(shì)集中在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什(shén)么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我(wǒ)们地(dì)球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的(de)光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可能(néng)是超大质量的(de)黑(hēi)洞(dòng)或(huò)者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当(dāng)人(rén)们(men)对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质(zhì)量区(qū)域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系(xì)团(tuán)的引力透(tòu)镜研究(jiū)也被认(rèn)为是(shì)暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部(bù)分(fēn)表示(shì)温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的(de)区域，但实(shí)际(jì)上它(tā)们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不(bù)应该是这(zhè)样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射的(de)测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字(zì)与(yǔ)解释星系(xì)当中恒(héng)星(xīng)运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了(le)很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相(xiāng)互(hù)作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒(lì)子到底是什么(me)？科学家们(men)已经提出了数十种的(de)假想目(mù)标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些(xiē)不同(tóng)的目标粒(lì)子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找这(zhè)些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规物(wù)质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何实(shí)质性的发(fā)现，除(chú)了一个地方，意大利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的(de)探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的(de)6月份达到(dào)峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一(yī)些科学家认为这可(kě)能是人类(lèi)发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在(zài)以这样的(de)速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的(de)方向是一致的，而另(lìng)外半年(nián)则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份(fèn)的(de)时候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地(dì)球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河(hé)系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以(y当兵的人会不会那方面不行，当兵男是不是都精力旺盛ǐ)用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期(qī)性(xìng)信号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的(de)情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利(lì)游客(kè)的数(shù)量(liàng)也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立(lì)了(le)一(yī)个几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它(tā)的(de)宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后(hòu)的(de)奥(ào)秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们(men)极(jí)有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着(zhe)人类并(bìng)不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样的(de)效应创造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的大前(qián)提是要先找到暗(àn)物(wù)质存(cún)在(zài)的实际证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动力！

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