宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在科学(xué)无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学(xué)家们在过(guò)去(qù)的几十(shí)年当中进行了超过(guò)50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却没有(yǒu)发(fā)现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文学家们(men)发现某些天(tiān)体运(yùn)行(xíng)轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们(men)就会知(zhī)道，周围一定有未知(zhī)的天体通过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是这些发现都是(shì)在恒(héng)星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量(liàng)后(hòu)发(fā)星系(xì)团的质量。这是一(yī)个(gè)由数千个星(xīng)系所组(zǔ)成(chéng)的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系(xì)被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会(huì)使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一(yī)致，就可(kě)以确定其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相对(duì)于(yú)星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度(dù)学(xué)质(zhì)量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的(de)质(zhì)量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度的过(guò)程(chéng)中，兹(zī)威(wēi)基(jī)发现星系团中很(hěn)多(duō)星系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无法将它(tā)们束缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出(chū)星系团之外(wài)了，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在(zài)起作(zuò)用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再(zài)一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心(xīn)越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上的(de)运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果(guǒ)却(què)让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持(chí)不(bù)变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相对标准的(de)方法来解(jiě)释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速(sù)度(dù)。如果出现异(yì)常的(de)结果，就认为是(shì)由暗物质的(de)力量进(jìn)入其(qí)中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射电(diàn)望远镜测(cè)量(liàng)了距离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因很可(kě)能就是存在着(zhe)一(yī)种(zhǒng)我们看不到的物质，是(shì)这些暗物(wù)质(zhì)的引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物(wù)质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物(wù)质并(bìng)不是(shì)唯一可(kě)以(yǐ)解释(shì)这个(gè)现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也会出(chū)现速度上的微小差(chà)异(yì)。另外(wài)，天文学家还发(fā)现(xiàn)了一个反常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们(men)使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力(lì)学(xué)定律来解释的(de)。那(nà)么又有(yǒu)人提出(chū)，也许该星(xīng)系(xì)的暗(àn)物质，已经(jīng)被附(fù)近的(de)另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近(jìn)没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物(wù)质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式是不同的(de)，这意味(wèi)着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们的轨道(dào)，按照我们(men)所理解(jiě)的(de)方式运动。但(dàn)是(shì)上升到(dào)星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的(de)方(fāng)式。对(duì)于(yú)在星(xīng)系(xì)团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部(bù)场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨(jù)大的(de)质(zhì)量之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此(cǐ)特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对(duì)现在(zài)的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人(rén)认为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德(dé)理论所没(méi)法解释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的星(xīng)系(xì)团(tuán)所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体的相互作用(yòng)就会导致(zhì)温度(dù)的(de)急剧(jù)升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间(jiān)区(qū)域(yù)。那么(me)我们通过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的(de)高(gāo)清照(zhào)片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可(kě)以(yǐ)明显地看到很(hěn)多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了(le)什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之(zhī)间。被(bèi)一个(gè)质量超级巨大的(de)天体遮挡，李白《江湖行》全诗及翻译注释，李白《江湖行》全诗及翻译这个超(chāo)大(dà)质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区(qū)域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解(jiě)释(shì)方法(fǎ)就(jiù)是(shì)当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止(zhǐ)最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留下(xià)了各相同(tóng)性的微波辐(fú)射(shè)。其(qí)中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表李白《江湖行》全诗及翻译注释，李白《江湖行》全诗及翻译示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图(tú)像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅(fú)度会减小，才(cái)变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波(bō)背景辐(fú)射的(de)测量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗物质(zhì)大(dà)约是(shì)普(pǔ)通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是一(yī)致(zhì)的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解(jiě)释(shì)了很多不(bù)同(tóng)的观(guān)测(cè)结(jié)果。而暗物质的(de)本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们(men)不参与任何(hé)其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来(lái)相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于(yú)找到(dào)了(le)暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。这种粒(lì)子(zi)到底是(shì)什么？科学家们已经提(tí)出(chū)了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相互作(zuò)用(yòng)的(de)“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们(men)已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地(dì)球上最大的(de)地学实验室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发(fā)现了(le)一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类发现暗物质的(de)第一个直接(jiē)证据。

但(dàn)是(shì)为什(shén)么暗(àn)物质(zhì)会产生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才(cái)我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银(yín)河系进行移动(dòng)，那么(me)如(rú)果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也(yě)在(zài)以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质(zhì)流最快的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达(dá)到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释(shì)，研究人(rén)员们所观测到(dào)的周期性信号(hào)。当然(rán)也(yě)可能有其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号(hào)的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的(de)数量也符合这个(gè)周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了(le)一个几乎相同(tóng)的实(shí)验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第(dì)一(yī)个实(shí)验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里可(kě)以得到相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所存在的(de)非(fēi)常有力的证据了。但是由于(yú)这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数(shù)据支(zhī)持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提(tí)供的视野是(shì)哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我(wǒ)们只能(néng)拭目(mù)以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子(zi)天(tiān)体物理(lǐ)中心的(de)科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者(zhě)说(shuō)是(shì)生(shēng)命进(jìn)化(huà)的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味(wèi)着(zhe)人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生(shēng)命(mìng)。当然(rán)，这些(xiē)推论的(de)大前(qián)提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我(wǒ)更新的动力！

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