宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却(què)没有发现(xiàn)任何(hé)的有效证据。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数(shù)学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的(de)时候，他们就会(huì)知道，周围(wéi)一定有未知的(de)天(tiān)体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道的(de)异常，推(tuī)算并(bìng)且(qiě)发(fā)现了海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的(de)发现(xiàn)都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取得重大天(tiān)文成就的例(lì)子。但是这些发(fā)现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我(wǒ)们(men)上(shàng)升到星系或者是(shì)星团的(de)尺(chǐ)度，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和(hé)测量后发星系(xì)团(tuán)的(de)质量。这是一个(gè)由(yóu)数千个星系(xì)所组成的(de)巨(jù)大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量(liàng)一般(bān)会(huì)使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量(liàng)的(de)范(fàn)围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数(shù)据是测(cè)量各个星系(xì)的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团中的(de)各个星系(xì)相对于(yú)星系团(tuán)的运动(dòng)速度(dù)。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的形式所存在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星系(xì)团中很多星系的速(sù)度比(bǐ)理论(lùn)上要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的(de)引力是无法(fǎ)将它们(men)束缚(fù)在星系团内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系团(tuán)之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了(le)这样部分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这(zhè)个词才(cái)再(zài)一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其(qí)轨道上的(de)运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增(zēng)加(jiā)，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持(chí)不(bù)变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大的(de)质量来(lái)吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相对标准的(de)方法来(lái)解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这种方(fāng)法就是测(cè)量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学(xué)家们通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太(tài)阳系(xì)也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系(xì)正在以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(lùn)速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能就是存在着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的(de)引力效应将星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人(rén)员开(kāi)始相信暗(àn)物质的存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒星轨道的(de)速度，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物(wù)质(zhì)的质量占(zhàn)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(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科(kē)学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)效应的遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上的微小差(chà)异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系(xì)不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数(shù)量却只有(yǒu)银河系的(de)千分之(zhī)一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系(xì)中的恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正常的物(wù)质和力(lì)学定(dìng)律来解(jiě)释的(de)。那么又有人提(tí)出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附(fù)近的(de)另(lìng)一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的(de)附(fù)近(jìn)没有任何星系存在。造(zào)成这(zhè)些(xiē)现象的除了(le)暗物(wù)质的(de)假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可(kě)能(néng)就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式(shì)是不同的(de)，这意味着在(zài)行星系尺度(dù)中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式(shì)运(yùn)动。但是上升到(dào)星系和星团的(de)尺度(dù)，引力之间(jiān)的(de)相互作用则是不同的(de)方(fāng)式。对于在星系团之间的相互(hù)作(zuò)用，科学(xué)家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会产生对(duì)彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也(yě)让(ràng)很多人认(rèn)为暗物(wù)质假说理论就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质量都(dōu)在星系的气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会(huì)导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团(tuán)大部(bù)分的质(zhì)量(liàng)将位于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过什么来验证(zhèng)它(tā)的(de)质量区域(yù)到底是(shì)不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系(xì)本身并不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的(de)东西的引力，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨大的天体可(kě)能是超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是(shì)在(zài)中间，而是(shì)在(zài)两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是当星团发生全(quán)部(bù)的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接通(tōng)过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为(wèi)止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下(xià)了(le)各(gè)相(xiāng)同性的微波(bō)辐射(shè)。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的(de)温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的二值图(tú)像进(jìn)行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物质(zhì)，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样的，而(ér)随(suí)着(zhe)暗物(wù)质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需要的(de)暗(àn)物(wù)质大约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这(zhè)个数(shù)字(zì)与(yǔ)解释星系当中恒星(xīng)运动所需(xū)要的暗物质比例是一(yī)致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地解释了(le)很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而(ér)暗物(wù)质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在(zài)着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它(tā)们不参(cān)与任何其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的目标粒(lì)子(zi)所需要的(de)实验方式(shì)也不(bù)相同。在过去的几十(shí)年当中(zhōng)，人(rén)类为了(le)寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会(huì)与常规物质相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验(yàn)，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的(de)发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一(yī)直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们发现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗(àn)物质的(de)第一个(gè)直(zhí)接(jiē)证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那么(me)如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们(men)也(yě)在以这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过(guò)程(chéng)中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河(hé)系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的(de)时(shí)候，地球与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的(de)情(qíng)况(kuàng)中(zhōng)，太(tài)阳系相对(duì)银河系(xì)的(de)平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这个(gè)理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研(yán)究人员(yuán)们(men)所观测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可能有其他的(de)情况，造成这种年(nián)度周期(qī)信(xìn)号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客(kè)的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了(le)一个(gè)几乎相同的(de)实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力(lì)的(de)证据了。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法提供相应的(de)数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提供的视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果(guǒ)，我们(men)只能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物(wù)理中心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和(hé)贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中山衔落日浸寒漪中的衔字是什么意思，衔的意思某(mǒu)个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先找到暗(àn)物质存在的(de)实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动(dòng)力(lì)！

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