宇宙是“人为制造(zào)”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗物质存(cún)在(zài)的证据，科(kē)学家(jiā)们在过去(qù)的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地方，在(zài)1687年(nián)出版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万有引力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学(xué)家(jiā)们发现某些天体运行轨道(dào)出(chū)现异常，不符(fú)合万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在(zài)摄(shè)动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的(de)异常，推算并且发现了(le)海王星的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文(wén)成就的(de)例子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系或者是(shì)星团的(de)尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测(cè)量(liàng)后发星系(xì)团的质量。这是一个(gè)由数千(qiān)个(gè)星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中(zhōng)的(de)各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的(de)速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可(kě)见星(xīng)系的质量(liàng)所产(chǎn)生(shēng)的引力(lì)是(shì)无法将它们(men)束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但(dàn)是它(tā)们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人(rén)们对这样的(de)一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之(zhī)后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在(zài)观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运行速度就会越慢。但是(shì)他们观(guān)测(cè)的结果却让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持(chí)不(bù)变。可(kě)是根据(jù)牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在星系当中如(rú)果(guǒ)没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这(zhè)些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对(duì)标(biāo)准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是(shì)测(cè)量星系当中气(qì)体在X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂(bì)之(zhī)上(shàng)，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系(xì)旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因(yīn)很可(kě)能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗(àn)物质的(de)引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的(de)研(yán)究人(rén)员开(kāi)始相信暗物质的(de)存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速度(dù)上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不多(duō)，但是星系当中存(cún)在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物(wù)质，否则(zé)就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以(yǐ)用正(zhèng)常的物(wù)质和(hé)力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物(wù)质，已经(jīng)被附(fù)近的(de)另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是(shì)人类对引力的(de)理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系(xì)和(hé)星团的尺度，引力之间的(de)相互作(zuò)用则是不同的方式。对于(yú)在星系(xì)团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需(xū)要(yào)对(duì)现在的(de)物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关(guān)于暗物质存在(zài)的其他(tā)的理论证据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们(men)大(dà)部分的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时(shí)发生(shēng)碰撞(zhuàng)的(de)时(shí)候，星际气体的(de)相互作用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分的质(zhì)量(liàng)将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么(me)我们通过什么来验证它的质量区域到(dào)底是不是(shì)集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片(piàn)，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很(hěn)多星系(xì)似乎(hū)被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这(zhè)些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的(de)观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的(de)天体(tǐ)可能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质(zhì)量区域并(bìng)不是在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区(qū)域，并(bìng)在(zài)两边形成了引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可(kě)见光终于(yú)可以(yǐ)畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度(dù)较高的区(qū)域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间(jiān)的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对前景背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是(shì)普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字(zì)与解释(shì)星(xīng)系当中恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的(de)理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒(lì)子(zi)的存在，就(jiù)相当(dāng)于(yú)找到(dào)了(le)暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子到底是什么？科学家们(men)已(yǐ)经提出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒(lì)子所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年(nián)当中，人(rén)类为了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进(jìn)行了超过(guò)50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质性的(de)发现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意大利(lì)的(de)格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的(de)周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人(rén)们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可(kě)能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会(huì)产生(shēng)周期性的(de)年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕(rào)着银(yín)河系进行移(yí)动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同使我不得开心颜上一句是什么时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了(le)最慢(màn)值。尽管在实际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这可以用来解释，研(yán)究人(rén)员们(men)所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当(dāng)然也可(kě)能有其他的(de)情况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号(hào)的差异(yì)也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客的数量也(yě)符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家(jiā)们(men)又(yòu)在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可(kě)以(yǐ)得(dé)到相同的(de)信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物(wù)质所(suǒ)存(cún)在(zài)的非常(cháng)有力(lì)的(de)证据了(le)。但是由于这个实(shí)验(yàn)室(shì)刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无(wú)法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这(zhè)台(tái)太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们极有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种暗物(wù)质(zhì)效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞生(shēng)，或者说(shuō)是(shì)生命进化的一个(gè)重(zhòng)要因(yīn)素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到(dào)进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这(zhè)样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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