宇宙是(shì)“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)的证据，科学(xué)家们在过(guò)去(qù)的几十(shí)年(nián)当中进行了超过50次(cì)的长期实(shí)验，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常(cháng)，不(bù)符合万有引力定律的时(shí)候(hòu)，他们(men)就会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天体通(tōng)过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成就的例(lì)子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是(shì)星团的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研究(jiū)和(hé)测(cè)量后发星(xīng)系团的(de)质量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系(xì)被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测(cè)量星系团中的(de)各个星系相对于(yú)星系团的(de)运动速(sù)度(dù)。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见光(guāng)的形式(shì)所(suǒ)存(cún)在(zài)，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过(guò)程(chéng)中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系团中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见(jiàn)星系(xì)的(de)质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之(zhī)外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的(de)暗质，它不(bù)发(fā)散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只是(shì)当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的结果却(què)让(ràng)人(rén)感到不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保持不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足(zú)够大的质量来吸引它们(men)，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会(huì)使用一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的(de)存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的力量进(jìn)入(rù)其(qí)中。

于是科(kē)学家们(men)通过(guò)射电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元素，发(fā)现它(tā)们(men)的旋转速为什么球星都觉得梅西是最佳(sù)度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系(xì)也(yě)不例(lì)外(wài)，太阳系位于银(yín)河系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远(yuǎn)远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度(dù)的原因很可(kě)能就是存在着一(yī)种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的(de)引力(lì)效应将(jiāng)星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学(xué)家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算(suàn)在(zài)星系(xì)当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研(yán)究(jiū)当中，科(kē)学家们发现，几乎没(méi)有引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大约(yuē)2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗(àn)物(wù)质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了(le)40个小时(shí)的详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系(xì)中(zhōng)的恒星运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的物质(zhì)和力学定(dìng)律来解释(shì)的。那么(me)又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的(de)另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的(de)理解还不够(gòu)全面，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺度空间(jiān)中的工作方式(shì)是不同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星(xīng)系(xì)尺度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的(de)方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到星系和(hé)星团(tuán)的(de)尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了外(wài)部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的(de)规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们(men)需要对现(xiàn)在的(de)物理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多人(rén)认(rèn)为暗物(wù)质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时(shí)发(fā)生(shēng)碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子(zi)弹(dàn)星系(xì)团(tuán)大部(bù)分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过(guò)什么来(lái)验证它(tā)的质量区(qū)域到底是不是集(jí)中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大的形变。其(qí)实(shí)这(zhè)些星系本身并不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了(le)什么问题，而(ér)是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观测(cè)者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的(de)光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区域并不(bù)是在中(zhōng)间(jiān)，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方(fāng)法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个(gè)区域，并在两边形成了引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的(de)引力透镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物(wù)质存在的迄(qì)今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区(qū)域，但实际上(shàng)它们之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之一(yī)。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域(yù)提(tí)取和(hé)标(biāo)记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来(lái)不应该是这样的(de)，而随着(zhe)暗(àn)物(wù)质的(de)增(zēng)加(jiā)，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通(tōng)物质的(de)5倍(bèi)。这个(gè)数(shù)字与(yǔ)解释(shì)星系当(dāng)中(zhōng)恒(héng)星(xīng)运动(dòng)所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不(bù)参为什么球星都觉得梅西是最佳与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的(de)实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目(mù)标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方式也不(bù)相同(tóng)。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不(bù)到(dào)，几(jǐ)乎不会(huì)与常(cháng)规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没(méi)有任何实质性的发现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数(shù)据收集，人(rén)们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这(zhè)可(kě)能是人(rén)类(lèi)发现暗物质的(de)第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么(me)如果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我们(men)也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而(ér)另(lìng)外(wài)半年(nián)则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球与太(tài)阳(yáng)的(de)方向正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论上地(dì)球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河(hé)系(xì)的平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利(lì)游客的数(shù)量(liàng)也符(fú)合(hé)这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南(nán)半(bàn)球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实(shí)验室正好相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过(guò)暗(àn)物质流的(de)运动特(tè)征和第一(yī)个实验(yàn)室是一样的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存(cún)在的非常有力的证据了(le)。但是由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提(tí)供的视野(yě)是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一个关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学(xué)家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理论得到进一步(bù)的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过(guò)这样的(de)效(xiào)应(yīng)创造(zào)生命。当(dāng)然，这(zhè)些(xiē)推论的(de)大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是我更新的(de)动力(lì)！

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