宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是(shì)什么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质(zhì)存在的(de)证据(jù)，科学家(jiā)们(men)在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出(chū)版的自然哲学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)，它(tā)揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文学(xué)家们发现某些(xiē)天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符(fú)合万(wàn)有引力定(dìng)律的时候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道(dào)的(de)异常，推算(suàn)并且发(fā)现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发(fā)现都(dōu)是(shì)应用万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律所取得(dé)重大天文(wén)成就的(de)例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系(xì)统(tǒng)的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或(huò)者是(shì)星团的尺度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星(xīng)系(xì)团的质量(liàng)。这是(shì)一个由数千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的(de)质量(liàng)一般(bān)会使用到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需(xū)要的数(shù)据是测量各个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学质量的计(jì)算(suàn)，是利用(yòng)光(guāng)谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对于星系团的运动速(sù)度。当测(cè)量结(jié)果出(chū)来之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了(le)，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座星(xīng)系(xì)团(tuán)有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者说这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见(jiàn)光(guāng)的形式所存在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的(de)质(zhì)量所产生的引力是无(wú)法(fǎ)将它们(men)束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了(le)，除(chú)非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某种隐形的(de)物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了(le)这样(yàng)部(bù)分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部(bù)分(fēn)的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒(héng)星在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是他们(men)观(guān)测(cè)的(de)结果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距(jù)离的增加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有(yǒu)足够大的(de)质量来吸引它们，这些外(wài)围的(de)恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学(xué)家们会(huì)使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心(xīn)的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距(jù)离星系(xì)中心更(gèng)远距离(lí)的氢元(yuán)素，发(fā)现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并(bìng)不符(fú)合牛顿的力(lì)学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳系位于(yú)银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有引力定律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了(le)一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在(zài)星系当中暗物质(zhì)的(de)质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新(xīn)的(de)研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球大(dà)约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河(hé)系的千分之(zhī)一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗(àn)物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们使用最先(xiān)进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系(xì)中的恒(héng)星运动是(shì)可以(yǐ)用(yòng)正常的(de)物(wù)质(zhì)和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人(rén)提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近(jìn)没(méi)有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除了暗物(wù)质的假说(shuō)之外(wài)，另一种可能就是人(rén)类对引(yǐn)力(lì)的理解还不够(gòu)全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的(de)，这意(yì)味着在行星系尺(chǐ)读西的字有哪些，读喜的字有哪些度中的天(tiān)体会沿着它们(men)的轨道(dào)，按(àn)照我们所理(lǐ)解的(de)方式运动。但是(shì)上升(shēng)到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则是不(bù)同的(de)方(fāng)式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在(zài)数(shù)百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们(men)需要对(duì)现在的物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的(de)子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的(de)星系团(tuán)所组成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它们大部(bù)分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们(men)通过什么(me)来验证它的质量区域到(dào)底是(shì)不(bù)是集中在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中我们可以明(míng)显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其(qí)实(shí)这些星系本身(shēn)并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了(le)，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测(cè)者之间。被一个(gè)质量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的东西的引力(lì)，会(huì)使(shǐ)身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们(men)对子弹星系团观(guān)测的时(shí)候，发现它的大质量区(qū)域并不是在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当(dāng)星(xīng)团发生全部(bù)的碰(pèng)撞(zhuàng)时(shí)，可被(bèi)观(guān)测(cè)到的质(zhì)量(liàng)气体(tǐ)被(bèi)卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认(rèn)为是暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的迄(qì)今为(wèi)止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下(xià)了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷的区(qū)域，但实(shí)际(jì)上(shàng)它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行(xíng)连(lián)通域(yù)提取和(hé)标记(jì)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)是这样的(de)，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的(de)测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需(xū)要的(de)暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释(shì)了很(hěn)多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在(zài)着某种(zhǒng)类(lèi)型的(de)粒子，它(tā)们不参与任何其他(tā)的(de)电磁作(zuò)用(yòng)，只(zhǐ)通过引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。这种粒(lì)子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同(tóng)的(de)目标粒(lì)子所需要的(de)实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当(dāng)中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测(cè)器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收集(jí)，人(rén)们发现了一个有趣(qù)的事情。探测(cè)率会在每年(nián)的6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些(xiē)科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第(dì)一个(gè)直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么暗物质会(huì)产生周期性的年(nián读西的字有哪些，读喜的字有哪些)度信号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了(le)太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进(jìn)行移动，那么(me)如(rú)果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这(zhè)样的(de)速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太(tài)阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越(yuè)暗物质流最快的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银(yín)河系的平(píng)面呈现了(le)60度(dù)的(de)倾(qīng)斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这(zhè)个(gè)理论的(de)有效性。

因(yīn)此科学家认为这可(kě)以用来(lái)解释，研究人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南(nán)半球(qiú)建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这(zhè)里可以(yǐ)得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成(chéng)为暗物(wù)质(zhì)所存(cún)在(zài)的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目(mù)前(qián)还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其(qí)中(zhōng)一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的(de)结(jié)果，我们只能(néng)拭目以待了。费(fèi)米实(shí)验(yàn)室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗(àn)物质存(cún)在，它(tā)们极(jí)有可(kě)能拥有另一(yī)种神(shén)秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一理论得到(dào)进一(yī)步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会(huì)不会意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物(wù)质存在的(de)实际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动力！

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