宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过(guò)去(qù)的(de)几十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次(cì)的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲(zhé)学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家(jiā)们发(fā)现某些天体运行轨道出(chū)现异(yì)常，不(bù)符(fú)合万(wàn)有引力定律的(de)时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一(yī)定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并(bìng)且(qiě)发现了海(hǎi)王星的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是(shì)应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在(zài)恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我们上升到(dào)星六朝是指哪六朝系或者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研究和(hé)测量后发星系团(tuán)的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量(liàng)星系团的(de)质量一般(bān)会使用到(dào)两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力(lì)学(xué)质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团(tuán)中的六朝是指哪六朝各个星(xīng)系相对于(yú)星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或者说这99%的(de)质量并不以(yǐ)可见光的形式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中(zhōng)很(hěn)多星系的速度(dù)比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这样部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是(shì)它(tā)们却(què)占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年(nián)之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再(zài)一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感(gǎn)到(dào)不可(kě)思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外(wài)围的恒(héng)星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物(wù)质(zhì)的(de)存在，这种方法(fǎ)就是测量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异(yì)常(cháng)的(de)结(jié)果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质(zhì)的(de)力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们(men)的(de)旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银(yín)河系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该是(shì)160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于(yú)理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种向心(xīn)加速(sù)度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着(zhe)一(yī)种我们(men)看不(bù)到(dào)的(de)物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的(de)存在。科(kē)学家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释(shì)这个(gè)现象(xiàng)的(de)原因(yīn)。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会出现速度上的(de)微小差异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个反常的(de)星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但(dàn)是星(xīng)系(xì)当中(zhōng)存在的(de)恒星数量却只有银河(hé)系(xì)的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系(xì)必须(xū)存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测(cè)量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力学(xué)定律(lǜ)来(lái)解释的。那么(me)又有人提出，也(yě)许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近(jìn)没(méi)有任何星系(xì)存在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面(miàn)，引力很(hěn)可(kě)能在不同尺度空间(jiān)中的(de)工作方式(shì)是不同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的(de)相互作用(yòng)则(zé)是(shì)不(bù)同(tóng)的方(fāng)式。对于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入(rù)了外部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着我们六朝是指哪六朝需要对现在的物理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发(fā)现也让很多(duō)人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距(jù)离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用(yòng)就会导致温度的急(jí)剧(jù)升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么(me)来(lái)验证它(tā)的质(zhì)量区域到底是不(bù)是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这(zhè)样极遥远的天体和(hé)我们地球上的观(guān)测者(zhě)之(zhī)间。被一(yī)个质量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天(tiān)体(tǐ)可(kě)能是(shì)超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们(men)对子(zi)弹(dàn)星系团观(guān)测的时(shí)候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全(quán)部(bù)的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接通过(guò)了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被认(rèn)为是暗物(wù)质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好(hǎo)的(de)理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这(zhè)些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下了(le)各(gè)相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷的(de)区域，但实(shí)际上它(tā)们之间的温差(chà)只有万分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来(lái)不(bù)应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我们需要(yào)的(de)暗物(wù)质大约是普通物质的(de)5倍。这个(gè)数(shù)字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的(de)暗物质比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如(rú)果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到了暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家们已经提(tí)出了(le)数(shù)十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻(xún)找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最(zuì)大的地学(xué)实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能是人(rén)类发现暗物(wù)质的第一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物质会(huì)产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以220公里/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕(rào)着银河系(xì)进行移(yí)动，那(nà)么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以这样的(de)速(sù)度在穿(chuān)越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系的(de)方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地球与太(tài)阳(yáng)的(de)方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一致(zhì)，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河系(xì)的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这(zhè)并不影响这个理论的(de)有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可以用来(lái)解(jiě)释，研究人(rén)员们(men)所观(guān)测(cè)到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期信号(hào)的差异(yì)也可能(néng)是(shì)温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游(yóu)客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎相同的(de)实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流(liú)的运(yùn)动特(tè)征(zhēng)和第一(yī)个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得(dé)到(dào)相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所存(cún)在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成(chéng)不(bù)久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无(wú)法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个(gè)关(guān)键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的(de)结果(guǒ)，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了(le)。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化(huà)的(de)一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个(gè)角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通过这(zhè)样的(de)效(xiào)应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找到(dào)暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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