宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻(xún)找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在(zài)过(guò)去的(de)几十(shí)年(nián)当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运行轨道出(chū)现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行(xíng)轨道的异常，推算(suàn)并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应(yīng)用万有(yǒu)引力定律所取得(dé)重大(dà)天文成就的例子。但(dàn)是这些发(fā)现都是在(zài)恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可(kě)当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是星团的尺度(dù)，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研究和(hé)测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的(de)巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团中的各个(gè)星系相对于(yú)星(xīng)系团的(de)运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测(cè)量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团(tuán)中很多(duō)星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的(de)质量所(suǒ)产生的(de)引力是无(wú)法(fǎ)将(jiāng)它们(men)束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系(xì)团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维(wéi)基提(tí)出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的(de)人们对这样的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一(yī)次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中心越远的(de)恒星在(zài)其轨(guǐ)道(dào)上的运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是他(tā)们观测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当中如果(guǒ)没(méi)有足够大的质量来(lái)吸引它们(men)，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩(shuǎi)到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。基(jī)于(yú)这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物质(zhì)的(de)存在，这种方法就(jiù)是测(cè)量星系(xì)当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科(kē)学家们通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系中心(xīn)更远距离(lí)的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河(hé)系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加(jiā)速度的(de)原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多(duō)的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算(suàn)在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占整个星系(xì)质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可(kě)以解释这个现(xiàn)象的(de)原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的(de)微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大(dà)小和银河系不多(duō)，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在的(de)恒星数量却只有银河系(xì)的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必须存在暗(àn)物(wù)质(zhì)，否则(zé)就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和(hé)力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星(xīng)系存在。造成这些现(xiàn)象的(de)除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就(jiù)是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度(dù)空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理解的(de)方(fāng)式(shì)运动(dòng)。但(dàn)是(shì)上升到星系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相(xiāng)互作用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外(wài)部(bù)场效应(yīng)的概念(niàn)，指的(de)是(shì)在(zài)数百(bǎi)万光(guāng)年(nián)的(de)规模(mó)上，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需要对现在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是(shì)在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存(cún)在(zài)的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大部分(fēn)的(de)普通(tōng)质量都在星(xīng)系的(de)气体当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体(tǐ)的(de)相互作(zuò)用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的(de)质(zhì)量将位于所有这些(xiē)气(qì)体所在(zài)的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来(lái)验证它的质(zhì)量区域到底是(shì)不是集(jí)中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不(bù)是真的被扭曲了(le)，也不(bù)是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出(chū)了什(shén)么(me)问题，而是这样极(jí)遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的(de)观测者(zhě)之间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西(xī)的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人(rén)们对(duì)子弹星系团观(guān)测的时候(hòu)，发现(xiàn)它(tā)的大质量(liàng)区(qū)域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是(shì)当星团发生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到的质量(liàng)气(qì)体被卡在(zài)了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也(yě)被(bèi)认为是暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的迄(qì)今为止最好的理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景上留下了(le)各相(xiāng)同性的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示(shì)温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实(shí)际上(shàng)它们之(zhī)间的温(wēn)差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后(hòu)的二(èr)值图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才(cái)变得(dé)看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值，我们需(xū)要(yào)的暗(àn)物(wù)质(zhì)大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒(héng)星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了很多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能(néng)够(gòu)找到(dào)这(zhè)种粒(lì)子的存(cún)在(zài)，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到(dào)底(dǐ)是什么(me)？科学(xué)家(jiā)们(men)已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不(bù)同的目标粒子所需要的(de)实验方(fāng)式(shì)也(yě)不相同(tóng)。在过去(qù)的几(jǐ)十年当中，人类为了(le)寻找这些(xiē)看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与(yǔ)常规(guī)物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实验，却没(méi)有任何(hé)实质(zhì)性的(de)发(fā)现，除了一个地(dì)方，意(yì)大利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大的地学(xué)实(shí)验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科(kē)学家声称观(guān)测到了某种信号。经过了(le)20多(duō)年的数(shù)据(jù)收集，人们发现(xiàn)了(le)一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且在20年当(dāng)中每年(nián)都是(shì)一(yī)样。一些科学(xué)家认为这(zhè)可能是人(rén)类(lèi)发(fā)现暗物质的第(dì)一个直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么(me)暗(àn)物质(zhì)会产生周期性的(de)年度(dù)信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银(yín)河系进行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个(gè)过程中会(huì)产(chǎn)生相应(yīng)的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时(shí)间(jiān)，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系(xì)相对银河系(xì)的(de)平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人员们所观测(cè)到(dào)的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成(chéng)这(zhè)种年(nián)度(dù)周期信号的差异(yì)也可(kě)能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高(gāo)山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的(de)数(shù)量也符合(hé)这个周期的(de)规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几乎相同的(de)实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和第(dì)一个实验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗(àn)物质所(suǒ)存在的非常有力(lì)的证据了(le)。但(dàn)是(shì)由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途就是探索暗物(wù)质背(bèi)后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒(lì)子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物(wù)质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的大(dà)前提是要先(xiān)找到(dào)暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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