宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科学(xué)家(jiā)们在过去(qù)的几十年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但是却没(méi)有发现(xiàn)任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了(le)一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文(wén)学家们发现某些天体运(yùn)行(xíng)轨道出(chū)现异(yì)常，不(bù)符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万(wàn)有引力(lì)定律所取(qǔ)得(dé)重大天文成就的例子。但是(shì)这些(xiē)发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团的(de)质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的(de)质量一般(bān)会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结(jié)果一(yī)致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光(guāng)度学的质量"，需要(yào)的数据是测(cè)量各个星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个(gè)星系相(xiāng)对于(yú)星(xīng)系团的运动(dòng)速(sù)度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的(de)质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系的质(zhì)量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚(fù)在星(xīng)系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团之(zhī)外了，除非有(先考与显考是什么意思区别，先考与显考有何区别yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这(zhè)样部(bù)分(fēn)不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却(què)占据(jù)着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的质量。只是(shì)当时的(de)人们(men)对这样的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒(héng)星(xīng)在(zài)其(qí)轨道上的运行(xíng)速度(dù)就会(huì)越慢(màn)。但是(shì)他们(men)观测的结果却(què)让人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星(xīng)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果(guǒ)没有足(zú)够(gòu)大(dà)的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们(men)会使(shǐ)用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量(liàng)星(xīng)系当(dāng)中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的(de)力量进(jìn)入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素(sù)，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符(fú)合牛顿(dùn)的力(lì)学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太(tài)阳系的运行速(sù)度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实(shí)际速度(dù)远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论(lùn)速(sù)度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在着一种我(wǒ)们(men)看不到(dào)的物(wù)质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚(jù)集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质的(de)存在。科学(xué)家根据星系外(wài)恒(héng)星轨道的(de)速度，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物(wù)质(zhì)的质量占整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当(dāng)中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还(hái)发(fā)现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系(xì)不多，但(dàn)是(shì)星系(xì)当中存(cún)在(zài)的(de)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(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物(wù)质，已经被附近的另(lìng)一个(gè)大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没有(yǒu)任何(hé)星系存(cún)在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的(de)除了暗物质(zhì)的(de)假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式是(shì)不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行星系尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解(jiě)的方式(shì)运动(dòng)。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互作(zuò)用则(zé)是不(bù)同(tóng)的方式。对(duì)于在星(xīng)系团之间的(de)相互作(zuò)用，科学家(jiā)还引入了外(wài)部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们(men)需要对现(xiàn)在的物(wù)理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为(wèi)暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关(guān)于暗物质存(cún)在(zài)的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据(jù)是(shì)蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星(xīng)系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样的星团，它(tā)们大(dà)部(bù)分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域(yù)到底是(shì)不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的(de)形(xíng)变。其实这(zhè)些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出(chū)了什(shén)么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的天(tiān)体(tǐ)和(hé)我(wǒ)们地球上的观(guān)测(cè)者之间。被(bèi)一个质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生(shēng)了(le)扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能(néng)是超大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不(bù)是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)。对子弹(dàn)星(xīng)系团的引力(lì)透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的(de)迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了(le)各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的(de)二值图像进行连通(tōng)域(yù)提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质(zhì)，图(tú)形看起来不应该是这样的(de)，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一个简单的(de)理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而(ér)暗(àn)物质的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来(lái)相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子(zi)到底是什(shén)么？科(kē)学家们已(yǐ)经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要(yào)寻找(zhǎo)这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所需(xū)要的实验方式(shì)也不相同(tóng)。在(zài)过去的几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的实验，却没(méi)有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除(chú)了一个(gè)地方，意大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地学实(shí)验室，这个实(shí)验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学(xué)家声称观测到了(le)某种信号(hào)。经过了20多(duō)年(nián)的数据收集，人(rén)们发现了一个有(yǒu)趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一(yī)些(xiē)科学家(jiā)认为(wèi)这可能是人(rén)类发现(xiàn)暗物(wù)质的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗物(wù)质会产生周期性(xìng)的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意(yì)味(wèi)着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程中会(huì)产生相应(yīng)的(de)振荡(dàng)，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河(hé)系的方向是(shì)一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正好达到(dào)完全一致，这(zhè)是(shì)理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研究人(rén)员们(men)所观测到的(de)周期性信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其(qí)他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号(hào)的差异也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家(jiā)们又在南半球建立了(le)一(yī)个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一(yī)个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是(shì)由于这(zhè)个实(shí)验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据(jù)支持(chí)。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪(yí)器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键的用(yòng)途就是探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒(lì)子(zi)天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会(huì)支(zhī)持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一(yī)个重要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到(dào)进一步的(de)证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前提是要先找到暗物质存(cún)在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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