宇(yǔ)宙是(shì)“人(rén)为制造”的(de)？为何(hé)会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的(de)自然(rán)哲学数学(xué)原理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙中天体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过(guò)天王星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力(lì)定(dìng)律所(suǒ)取(qǔ)得(dé)重大天(tiān)文成就的(de)例子(zi)。但是这些发(fā)现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升(shēng)到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

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1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量后发(fā)星系团(tuán)的(de)质(zhì)量。这是(shì)一个由数(shù)千个星系(xì)所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系(xì)团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的(de)数据是测(cè)量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是利(lì)用光谱(pǔ)红(hóng)移(yí)测量(liàng)星系团(tuán)中(zhōng)的各个(gè)星系(xì)相对于星系(xì)团的运动速(sù)度。当测(cè)量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并(bìng)不(bù)以可见光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的(de)是，在(zài)测量速度(dù)的(de)过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团(tuán)中很(hěn)多(duō)星系(xì)的(de)速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们(men)束(shù)缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的(de)力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却(què)占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾(gù)。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运(yùn)行速(sù)度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他(tā)们(men)观测的结果却让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中(zhōng)心距(jù)离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保持不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够(gòu)大(dà)的质量来吸(xī)引它们，这些外围的(de)恒星早(zǎo)就被(bèi)甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家(jiā)们(men)会(huì)使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是(shì)测(cè)量星(xīng)系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中心的(de)距(jù)离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如(rú)果出现异(yì)常的结(jié)果(guǒ)，就(jiù)认(rèn)为是由暗(àn)物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转速度并不(bù)符合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可能(néng)就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚(jù)集(jí)在了(le)一起。

也是(shì)从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的(de)研究(jiū)人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在星系当中暗(àn)物质的质(zhì)量占整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研(yán)究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却(què)只有银河系的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存(cún)在(zài)暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们使用最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是(shì)可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又(yòu)有人(rén)提出(chū)，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个(gè)大(dà)星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没有任(rèn)何星(xīng)系(xì)存在。造成这些(xiē)现象的(de)除了暗(àn)物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一(yī)种可能(néng)就(jiù)是(shì)人类对(duì)引(yǐn)力(lì)的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿(yán)着它们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理解的方(fāng)式运动。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则(zé)是(shì)不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科学家还(hái)引入(rù)了外部场效应的(de)概念，指的是在(zài)数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的(de)质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们需要(yào)对现在的(de)物理定(dìng)律进行修正，这些(xiē)发(fā)现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中还(hái)有关于暗物(wù)质存(cún)在的其他的(de)理论(lùn)证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在(zài)星(xīng)系(xì)的气体(tǐ)当中(zhōng)。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气体(tǐ)的相互作(zuò)用就(jiù)会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那么(me)我们(men)通过什么来验证它的质量区(qū)域到(dào)底是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地看到很多(duō)星系(xì)似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真(zhēn)的(de)被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么(me)问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质(zhì)量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使身(shēn)后娱乐圈里的万人睡女星，娱乐圈睡得最多的女星更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以当人们(men)对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团观测的时候，发(fā)现它的大质量(liàng)区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解(jiě)释方法就是当星团发生(shēng)全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则直接通(tōng)过了(le)这(zhè)个区域(yù)，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存在的(de)迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)最古(gǔ)老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留(liú)下(xià)了各(gè)相同性的(de)微(wēi)波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分(fēn)表(biǎo)示(shì)温度(dù)较高的(de)区(qū)域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上(shàng)它(tā)们(men)之间(jiān)的温差(chà)只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背景分离(lí)后的二(èr)值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗(àn)物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运(yùn)动所需要(yào)的暗(àn)物(wù)质(zhì)比例是一致的(de)。这就意(yì)味着(zhe)。

用了(le)一个(g娱乐圈里的万人睡女星，娱乐圈睡得最多的女星è)简单的理论框架，就很好地解释(shì)了(le)很(hěn)多不(bù)同的观测结(jié)果。而(ér)暗(àn)物质的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)存在(zài)着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了(le)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什(shén)么？科学家们(men)已经提出了数(shù)十种的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒(lì)子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了(le)寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大(dà)的地学实验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三(sān)层(céng)楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒(lì)子的周(zhōu)期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了一个(gè)有趣的(de)事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在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类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个(gè)直(zhí)接(jiē)证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存(cún)在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的(de)速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时(shí)间，地(dì)球围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太(tài)阳环(huán)绕银河系的方向是一致的(de)，而另外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方向正好达到(dào)完(wán)全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物(wù)质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可(kě)以用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期信号的差(chà)异也可(kě)能是(shì)温(wēn)度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立(lì)了(le)一(yī)个几乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的(de)季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运(yùn)动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗(àn)物质所(suǒ)存(cún)在的非常有(yǒu)力的证据(jù)了(le)。但(dàn)是(shì)由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法提(tí)供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同(tóng)，但(dàn)它(tā)的宽(kuān)视场仪(yí)器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验室(shì)粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理(lǐ)论得到(dào)进一步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会不会意味(wèi)着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落(luò)的(de)行星(xīng)上，暗物(wù)质正(zhèng)在通过(guò)这样的(de)效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论的(de)大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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