宇宙是(shì)“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会(huì)存(cún)在(zài)科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科(kē)学家们(men)在(zài)过去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有(yǒu)发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天文(wén)学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异(yì)常，不(bù)符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候(hòu)，他(tā)们就会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的(de)异(yì)常，推(tuī)算并且发(fā)现了(le)海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大(dà)天文(wén)成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系(xì)或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物(wù)理学(xué)家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力(lì)束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可以确定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第(dì)一(yī)种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各(gè)个星(xīng)系(xì)的(de)光度。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相对于(yú)星系团的运动(dòng)速(sù)度。当测量(liàng)结果出来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无(wú)法将(jiāng)它(tā)们束缚在(zài)星(xīng)系团内的(de)，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出(chū)星系团之外了(le)，除非有一(yī)种神秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部(bù)分不(bù)可见的(de)暗质，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝(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(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在(zài)观(guān)测仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒(héng)星运动。理论上来说，距(jù)离(lí)中(zhōng)心越(yuè)远的(de)恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸(xī)引它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使用一(yī)种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量星系(xì)当(dāng)中气体在X轴上距离(lí)星系中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的(de)力(lì)量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离(lí)星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发(fā)现它们(men)的旋转速度并不符合(hé)牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们的太(tài)阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行(xíng)速(sù)度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远大于(yú)理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速(sù)度的原因很可能就是(shì)存在(zài)着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人(rén)员(yuán)开始相信暗(àn)物质的存在(zài)。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系(xì)当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占整个(gè)星(xīng)系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一(yī)项新的研究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学(xué)家(jiā)还发现了(le)一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须(xū)存在暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但(dàn)是科学家们使用最先进的(de)望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测(cè)量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的(de)物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该(gāi)星系的暗(àn)物质(zhì)，已经被附(fù)近的(de)另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附(fù)近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人(rén)类对引力的理(lǐ)解还不(bù)够(gòu)全面，引力(lì)很(hěn)可能在不(bù)同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式(shì)是(shì)不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之(zhī)间的(de)相互作(zuò)用则是不同的方(fāng)式。对于(yú)在星(xīng)系团(tuán)之间的(de)相互作(zuò)用，科(kē)学家还(hái)引入了外部场效(xiào)应(yīng)的概(gài)念(niàn)，指的是(shì)在数百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要(yào)对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发(fā)现也(yě)让(ràng)很(hěn)多(duō)人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还(hái)有关(guān)于暗物质存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互作用就会(huì)导致温度(dù)的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大部分(fēn)的(de)质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这(zhè)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域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什(shén)么问题，而(ér)是(shì)这(zhè)样(yàng)极(jí)遥(yáo)远的天体和(hé)我(wǒ)们地球(qiú)上(shàng)的观(guān)测者之(zhī)间。被一个质量超级(jí)巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透(tòu)镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大的(de)天体可(kě)能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对(duì)子弹星系(xì)团观测的时(shí)候，发现它的大质量区域(yù)并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星(xīng)团(tuán)发(fā)生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的(de)质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)。对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团的引(yǐn)力(lì)透镜研(yán)究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存(cún)在的迄今为(wèi)止最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。经过了(le)130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留(liú)下了(le)各相同(tóng)性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温(wēn)度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对(duì)较冷的区域，但实际(jì)上它(tā)们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离(lí)后的(de)二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提(tí)取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该(gāi)是这样的，而随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一(yī)致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了(le)一个(gè)简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释了很多不(bù)同(tóng)的观(guān)测结(jié)果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们(men)不参与(yǔ)任(rèn)何其他(tā)的(de)电磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)的存在(zài)，就相(xiāng)当(dāng)于(yú)找(zhǎo)到了(le)暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也(yě)不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除(chú)了(le)一个地(dì)方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大的地学(xué)实验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层(céng)楼高(gāo)的(de)探测器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号(hào)。经(jīng)过了(le)20多年的数据(jù)收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在(zài)11月(yuè)降到最低，而(ér)且(qiě)在20年当中每(měi)年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发(fā)现暗物(wù)质的(de)第(dì)一个(gè)直接证据。

但(dàn)是为什么(me)暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在(zài)以这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有(yǒu)半年的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳的(de)方(fāng)向与太阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的(de)时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到(dào)完(wán)全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可(kě)以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的一个男的长期不碰他老婆是什么原因积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游客的数(shù)量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所存在的非(fēi)常有力(lì)的证据了(le)。但(dàn)是由(yóu)于这(zhè)个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应(yīng)的(de)数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红(hóng)外(wài)仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测的结(jié)果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持(chí)宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进化(huà)的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味(wèi)着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的(de)行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的(de)实际(jì)证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的动力！

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