宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十(shí)年当(dāng)中进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的(de)有(yǒu)效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几(jǐ)百年(nián)来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道(dào)出(chū)现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候(hòu)，他们(men)就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的(de)异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现都是应用(yòng)万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)所(suǒ)取得重(zhòng)大天文(wén)成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系(xì)或者是星团的(de)尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨兹威基(jī)正在研究和(hé)测量后发星系(xì)团的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚(fù)在一(yī)起(qǐ)。测量星系(xì)团的质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以(yǐ)确定(dìng)其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量各(gè)个(gè)星(xīng)系的光(guāng)度。

第(dì)二种是动力(lì)学(xué)质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系(xì)团中的各个星(xīng)系相(xiāng)对(duì)于星系团的(de)运动(dòng)速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不以可见光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中(zhōng)很多星(xīng)系的速(sù)度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系(xì)的质量(liàng)所产生的引力是无(wú)法将它们束(shù)缚在(zài)星(xīng)系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系(xì)团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们(men)却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的(de)质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在观测仙(xiān)女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会(huì)越慢。但是(shì)他们观(guān)测的结果却让人感到(dào)不可(kě)思(sī)议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是(shì)根(gēn)据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如(rú)果没有足够大的质量来(lái)吸(xī)引(yǐn)它们(men)，这(zhè)些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科(kē)学(xué)家们会使用一(yī)种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们(men)的旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系(xì)的(de)第三悬臂(bì)之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太(tài)阳系(xì)正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到(dào)的物质，是(shì)这些(xiē)暗物(wù)质(zhì)的(de)引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的(de)研(yán)究人员开始相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道(dào)的(de)速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速度上的微(wēi)小差(chà)异(yì)。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银河系不多，但是(shì)星系当中存(cún)在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银河(hé)系(xì)的(de)千(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析(xī)。但(dàn)是科学家们使用最先(xiān)进的(de)望远镜(jìng)对(duì)其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动(dòng)是可以用正常(cháng)的物质(zhì)和力(lì)学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的(de)暗(àn)物(wù)质，已经(jīng)被附近的另一(yī)个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何(hé)星系(xì)存在。造成这些现象(xiàng)的除了(le)暗物质(zhì)的假说(shuō)之(zhī)外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引(yǐn)力的(de)理(lǐ)解还不够全(quán)面，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的(de)工作方式是不同的(de)，这意味着在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的(de)天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系(xì)和(hé)星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用(yòng)则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之(zhī)间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有关于暗物(wù)质存(cún)在的其他的理论证据(jù)，这些(xiē)理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的(de)相(xiāng)互作用(yòng)就会导致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有(yǒu)这(zhè)些气体所(suǒ)在的(de)中间(jiān)区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们(men)可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是这(zhè)样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观测者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的(de)东西的引力，会(huì)使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的(de)光都发生了(le)扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质(zhì)量的黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团观测(cè)的时候(hòu)，发现它的大(dà)质(zhì)量区域并(bìng)不是在中间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方(fāng)法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透(tòu)镜研(yán)究也被认为是(shì)暗物质存在的迄(qì)今为止最(zuì)好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了各相同(tóng)性的微波(bō)辐射(shè)。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们(men)之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之(zhī)一(yī)。

科学家(jiā)们通过对(duì)前(qián)景(jǐng)背景分离后的二值图像进(jìn)行(xíng)连通域提取和标记(jì)之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大(dà)约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数(shù)字与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质比(bǐ)例是(shì)一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的(de)本质就(ji单倍行距是多少ù)是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只通过(guò)引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所以如(rú)果能够找到(dào)这种粒子的(de)存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经(jīng)提出了(le)数(shù)十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同的目(mù)标粒子所需要(yào)的实(shí)验方式也不(bù)相(xiāng)同。在过(guò)去(qù)的几十年(nián)当(dāng)中，人类为了(le)寻(xún)找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗物质”，科(kē)学(xué)家们(men)已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除(chú)了一(yī)个地方(fāng)，意大利(lì)的格(gé)兰萨(sà)索(suǒ)山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地(dì)学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到(dào)了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收(shōu)集，人们发(fā)现了(le)一个有趣的事情(qíng)。探测率会在(zài)每年的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然后在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年都是一样(yàng)。一些(xiē)科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河(hé)系(xì)进(jìn)行(xíng)移(yí)动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球(qiú)与太阳的方(fāng)向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中，太(tài)阳系(xì)相(xiāng)对(duì)银河(hé)系的平(píng)面呈(chéng)现(xiàn)了60度的(de)倾斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科(kē)学家认为(wèi)这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人(rén)员们所观测(cè)到(dào)的周期性信(xìn)号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的(de)情(qíng)况，造成这(zhè)种年(nián)度(dù)周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家们(men)又(yòu)在南(nán)半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里的季节与之前(qián)的(de)实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗(àn)物质(zhì)流(liú)的运动特征和第一(yī)个实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成为暗物(wù)质所存(cún)在(z单倍行距是多少ài)的非常有(yǒu)力(lì)的证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个(gè)实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以截(jié)至目(mù)前还无法提供相应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的(de)望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器提(tí)供(gōng)的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用途就是(shì)探(tàn)索暗(àn)物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理(lǐ)中心的(de)科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它(tā)们(men)极有可能(néng)拥有另一种神秘(mì)的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中生(shēng)命(mìng)的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如(rú)果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会意味着人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在(zài)的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得暗物(wù)质到底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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