宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在(zài)的证据(jù)，科学(xué)家们在过去(qù)的几十年当中进行(xíng)了(le)超过(guò)50次的长期实验，但是却(què)没有(yǒu)发现任何的有效证据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当(dāng)天文(wén)学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候，他们就会(huì)知道(dào)，周(zhōu)围一(yī)定有未(wèi)知的天体通(tōng)过引力在摄动它(tā)的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取得(dé)重大(dà)天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都(dōu)是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星系所组(zǔ)成的(de)巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系(xì)被引力束缚在(zài)一起。测量星系团(tuán)的质量(liàng)一般会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的(de)数据是测(cè)量各个星(xīng)系(xì)的光(guāng)度。

第(dì)二种是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了(le)，“动力学(xué)质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团(tuán)有99%的质(zhì)量(liàng)消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光的(de)形式所存在，我们(men)无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发(fā)现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将它(tā)们束缚在星(xīng)系团(tuán)内(nèi)的，它(tā)们(men)早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星系(xì)团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量(liàng)来(lái)源于某种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一次(cì)出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特(tè)在观(guān)测(cè)仙女座星(xīng)系中的(de)恒星运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距离中心越(yuè)远的(de)恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感到(dào)不可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的(de)万有引力定律，在星(xīng)系当中如(rú)果(guǒ)没有(yǒu)足够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释暗物质的(de)存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的(de)结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合(hé)牛(niú)顿的力学(xué)定(dìng)律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银(yín)河(hé)系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系(xì)的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原(yuán)因很(hěn)可能就(jiù)是存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物(wù)质的(de)引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越多的研(yán)究人员开始相信(xìn)暗物(wù)质的存(cún)在。科学(xué)家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其(qí)进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运(yùn)动是可(kě)以用正常的物质(zhì)和力学(xué)定律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有人提出(chū)，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力(lì)的理解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可能(néng)在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿(yán)着它们(men)的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是(shì)上升到星系和星团的(de)尺度(dù)，引力之间的(de)相互作用则是不同(tóng)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(le)外部场效应的(de)概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对现在的物理(lǐ)定(dìng)律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光(guāng)年(nián)的(de)子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互作用就会(huì)导(dǎo)致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)加湿器必须加纯净水吗，加湿器用纯净水太贵怎么办水在理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么(me)我们(men)通过什么来(lái)验(yàn)证(zhèng)它的(de)质量区域到底是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一(yī)个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是引力(lì)透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团观测(cè)的时候(hòu)，发现它(tā)的大(dà)质量区(qū)域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了(le)这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上留下(xià)了(le)各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度(dù)较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际(jì)上它们之(zhī)间的(de)温差(chà)只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科(kē)学(xué)家们通(tōng)过(guò)对前景背景分离(lí)后的(de)二值图(tú)像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)所需(xū)要的暗物(wù)质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观(guān)测结(jié)果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们(men)不参与任(rèn)何(hé)其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物(wù)质存(cún)在(zài)的(de)实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提(tí)出了(le)数十种的假想目(mù)标(biāo)，而(ér)要寻找这(zhè)些不(bù)同(tóng)的目标粒子(zi)所需要的实验方式(shì)也(yě)不相同。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行(xíng)了(le)超过50次的实验，却(què)没有任何实质(zhì)性(xìng)的发现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的(de)地(dì)学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒(lì)子(zi)的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称(chēng)观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的(de)数据(jù)收集，人们发(fā)现了一(yī)个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年都是(shì)一样(yàng)。一(yī)些科学家(jiā)认为这可能是(shì)人(rén)类发现暗物质(zhì)的第一个(gè)直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质会(huì)产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的(de)速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半(bàn)年的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到(dào)完全(quán)一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最快的(de)时段(duàn)。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情况中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的平面(miàn)呈(chéng)现(xiàn)了60度(dù)的(de)倾斜，但(dàn)是这(zhè)并(bìng)不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来(lái)解释(shì)，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信(xìn)号。当然(rán)也(yě)可能有(yǒu)其(qí)他的(de)情况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至(zhì)连意大(dà)利游客(kè)的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的(de)实验(yàn)室，这(zhè)里的(de)季(jì)节与之前的实(shí)验室(shì)正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第(dì)一个实验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的(de)非常(cháng)有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提(tí)供(gōng)相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜其(qí)中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物质存在，它(tā)们(men)极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说(shuō)是生(shēng)命进化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会(huì)不(bù)会(huì)意(yì)味着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质(zhì)正在通(tōng)过这(zhè)样的效应(yīng)创造生命。当然(rán)，这些推论的(de)大前提是要先(xiān)找到暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力(lì)！

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