宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物质存(cún)在的证(zhèng)据(jù)，科学家们在(zài)过(guò)去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何(hé)的(de)有效证据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规(guī)律。往(wǎng)后的(de)几百(bǎi)年来，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的(de)时候(hòu)，他(tā)们就会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天(tiān)体通(tōng)过引力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发(fā)现(xiàn)了(le)海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是(shì)应用(yòng)万有引力(lì)定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的(de)例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都(dōu)是在(zài)恒(héng)星系(xì)统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发(fā)星系团的质量。这是(shì)一个由数千个(gè)星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量星系团的质(zhì)量一般(bān)会使用到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量(liàng)各(gè)个星(xīng)系的(de)光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学(xué)质(zhì)量的计算，是(shì)利用光谱红移测(cè)量(liàng)星系团中的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速(sù)度的过程(chéng)中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系(xì)团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的(de)质量所产生的引力是无(wú)法将它们(men)束缚(fù)在星(xīng)系(xì)团内的(de)，它们早就应该(gāi)被抛出(chū)星系(xì)团之外(wài)了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却(què)占据着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是当时的人(rén)们对这样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙(xiān)女座星系(xì)中的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们(men)观测(cè)的结果却让人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射电望(wàng)远镜测(cè)量了距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加(jiā)速度(dù)的原(yuán)因很可能就是存在着(zhe)一种我(wǒ)们看不(bù)到的物质，是(shì)这些暗物质的引力(lì)效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了(le)一起。

也是(shì)从这时开始，越(yuè)来越多(duō)的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的(de)存(cún)在。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速(sù)度(dù)，估(gū)算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现速(sù)度(dù)上(shàng)的微小差(chà)异。另(lìng)外，天文(wén)学(xué)家还(hái)发(fā)现了(le)一(yī)个反(fǎn)常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不(bù)多，但是(shì)星系当中存在(zài)的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星(xīng)系剥(bō)离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的(de)除了(le)暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同(tóng)的(de)，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它们(men)的(de)轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星(xīng)团的(de)尺度(dù)，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的(de)方式(shì)。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应(yīng)的概(gài)念(niàn)，指的(de)是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会(huì)产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对(duì)现在(zài)的(de)物理定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物(wù)质假说理论就(jiù)此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部(bù)分的普通质量都在(zài)星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际气(qì)体的(de)相(xiāng)互(hù)作用就会(huì)导致温度的急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于(yú)所(suǒ)有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的(de)中间区(qū)域(yù)。那(nà)么我(wǒ)们通(tōng)过(guò)什(shén)么来验证它的质量区(qū)域到(dào)底是不是集(jí)中在中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们可以(yǐ)明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些星(xīng)系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什么(me)问题，而(ér)是这样极(jí)遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是(shì)引力(lì)透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的天体可(kě)能(néng)是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当(dāng)人们对(duì)子弹星系团(tuán)观(guān)测(cè)的时候，发现它的(de)大质(zhì)量区域并(bìng)不(bù)是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年(nián)之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了(le)各相同性(xìng)的(de)微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色(sè)的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上(shàng)它(tā)们之间的温差只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像进行连通域提取和标(biāo)记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看(kàn)起来不应(yīng)该是(shì)这样的，而(ér)随着暗(àn)物(wù)质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测(cè)量值(zhí)，我们需要的(de)暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解(jiě)释(shì)星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需(xū)要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个(gè)简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地(dì)解(jiě)释了很(hěn)多不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力(lì)来(lái)相互(hù)作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。这种粒(lì)子到底是(shì)什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的(de)目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方式(shì)也不相同。在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年(nián)当中，人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找这些看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们(men)已(yǐ)经(jīng)进行了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性(xìng)的发(fā)现，除(chú)了(le)一(yī)个地(dì)方，意大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼(lóu)高(gāo)的探(tàn)测(cè)器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测(cè)到了某种信号(hào)。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率(lǜ)会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而(ér)且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动(dòng)，那么如(rú)果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的(de)速度在(zài)穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应的(de)振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围绕太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)与太(tài)阳环绕(rào)银河系的方(fāng)向是一致(zhì)的(de)，而(ér)另(lìng)外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到(dào)完(wán)全一致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人(rén)员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信(xìn)号的(de)差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的(de)数(shù)量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在(zài)南(nán)半球建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同(tóng)的实(shí)验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还无法提供相应的(de)数(shù)据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的(de)望远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，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(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于(yú)探测的(de)结(jié)果，我们只能(néng)拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们(men)极(jí)有(yǒu)可能拥有(yǒu)另(lìng)一(yī)种神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质(zhì)会(huì)不会意(yì)味(wèi)着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物质正在(zài)通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的(de)大(dà)前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是(shì)我更(gèng)新的动力！

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