宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了(le)超过(guò)50次的(de)长期实验，但(dàn)是却(què)没有发现任(rèn)何的有效证据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文学家(jiā)们(men)发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道(dào)出(chū)现异常，不(bù)符合(hé)万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有(yǒu)未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异(yì)常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大(dà)天文成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研究(jiū)和测量后(hòu)发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系(xì)所组成的巨(jù)大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量(liàng)一般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两种方法结(jié)果一(yī)致，就可以确(què)定其质量的范(fàn)围。

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

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系(xì)团(tuán)中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底(dǐ)懵(měng)了，“动力(lì)学(xué)质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的(de)形式(shì)所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到。最诡异(yì)的(de)是，在测量速度的(de)过程中，兹威(wēi)基(jī)发现星系团(tuán)中很(hěn)多(duō)星系(xì)的速(sù)度(dù)比理论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力(lì)是无法将它(tā)们束缚在(zài)星(xīng)系团内(nèi)的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力(lì)量来(lái)源于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部分(fēn)不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们对(duì)这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上的运行(xíng)速度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们观(guān)测的结果却让人感到(dào)不可思(sī)议(yì)。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几乎(hū)保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系(xì)当中如果没(méi)有足够大的质量来(lái)吸引它们(men)，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们(men)会使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的(de)存在(zài)，这(zhè)种方法就是(shì)测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出(chū)现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离(lí)星(xīng)系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银(yín)河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6领略的意思万(wàn)光年，根(gēn)据(jù)万有引力定(dìng)律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速(sù)度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个实际(jì)速度远远大(dà)于理论速(sù)度，那(nà)么产生以上这种向(xiàng)心(xīn)加(jiā)速度的原因很可能就(jiù)是存在着(zhe)一种我们看(kàn)不(bù)到的(de)物(wù)质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多(duō)的研(yán)究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道(dào)的(de)速度(dù)，估算(suàn)在星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不(bù)是(shì)唯一可(kě)以解释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发(fā)现了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却(què)只有银河系的(de)千分之(zhī)一(yī)。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则(zé)就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家们使(shǐ)用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后(hòu)，发(fā)现星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动(dòng)是可以用正常的物质和力(lì)学定律来解(jiě)释(shì)的。那么又有人(rén)提出，也许该星系(xì)的(de)暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另一个大星系(xì)剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造(zào)成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之(zhī)外，另(lìng)一种(zhǒng)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(tóng)尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到(dào)星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作用则(zé)是不(bù)同的(de)方式。对(duì)于在星系团之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的(de)是在数百万光年的(de)规(guī)模(mó)上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们(men)需要对现在(zài)的(de)物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也(yě)让很多(duō)人认为暗物(wù)质假说(shuō)理(lǐ)论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是(shì)蒙(méng)德理论所没(méi)法(fǎ)解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它们(men)大部(bù)分(fēn)的普通(tōng)质量都(dōu)在星系的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互(hù)作用就(jiù)会导致温度的(de)急剧升(shēng)高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(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(me)来验证它的质量区域(yù)到底是不(bù)是集中在中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明(míng)显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什(shén)么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可(kě)能是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们(men)对子(zi)弹星系团观测(cè)的(de)时候，发现它的大(dà)质量区域并不(bù)是(shì)在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是(shì)当(dāng)星团发生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域(yù)，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大(dà)爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的(de)微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前(qián)景背景分离后的(de)二值图像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度(dù)会(huì)减小，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与解释星(xīng)系当中恒星运动所(suǒ)需(xū)要的(de)暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存(cún)在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来(lái)相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于(yú)找到了暗(àn)物质(zhì)存在的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学(xué)家们已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不同的目(mù)标粒子所需要(yào)的实验方式也不相同。在(zài)过去的几(jǐ)十年(nián)当中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会(huì)与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经(jīng)进行了超过50次(cì)的(de)实(shí)验，却没有任(rèn)何(hé)实(shí)质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地方，意(yì)大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地(dì)学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称(chēng)观测到(dào)了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收(shōu)集，人们发(fā)现了一个(gè)有趣的事(shì)情。探测(cè)率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年(nián)当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现(xiàn)暗物质的第(dì)一(yī)个(gè)直(zhí)接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质会(huì)产生周期性(xìng)的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也(yě)在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相(xiāng)应的(de)振荡(dàng)，同(tóng)时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时(shí)间，地(dì)球(qiú)围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的(de)方(fāng)向正好达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能(néng)有其(qí)他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量(liàng)也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在(zài)南(nán)半球建立了一个(gè)几(jǐ)乎相(xiāng)同的(de)实(shí)验室，这里的季(jì)节与之(zhī)前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特(tè)征和(hé)第一个(gè)实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所(suǒ)存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至(zhì)目前还无法提(tí)供相应的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜相领略的意思同，但它的宽视场仪器(qì)提(tí)供(gōng)的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒(lì)子天体物理中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当(dāng)中生(shēng)命的(de)诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如(rú)果(guǒ)这一理论(lùn)得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不(bù)会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些(xiē)推论(lùn)的(de)大(dà)前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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