宇宙是(shì)“人为(wèi)制造(zào)”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在(zài)过去(qù)的几十年当中进行了(le)超过50次的(de)长期实验，但是却没有发(fā)现任(rèn)何(hé)的有效(xiào)证据。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出(chū)版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的时候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例(lì)子(zi)。但是这些发(fā)现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和(hé)测量后发星(xīng)系团的质量(liàng)。这是(shì)一个由数(shù)千(qiān)个星系所组(zǔ)成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系(xì)团(tuán)的(de)质(zhì)量一般会使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星(xīng)系团中(zhōng)的(de)各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之后，切开的南瓜可以放冰箱吗，南瓜切了一半放冰箱能留几天兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存在(zài)，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现星系团中很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘(mì)的力量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某(mǒu)种(zhǒng)隐(yǐn)形(xíng)的(de)物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分的质量(liàng)。只是当时(shí)的人们(men)对这样的(de)一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的(de)恒星运动(dòng)。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道(dào)上的(de)运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他们(men)观(guān)测的结(jié)果却让人感到(dào)不(bù)可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距(jù)离的(de)增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足(zú)够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗物(wù)质(zhì)的(de)存在，这种方法就是测(cè)量星系当(dāng)中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星(xīng)系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗(àn)物(wù)质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望(wàng)远镜测量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太(tài)阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么(me)产生以(yǐ)上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们(men)看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信(xìn)暗物(wù)质(zhì)的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质(zhì)量占整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释(shì)这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速(sù)度(dù)上的微(wēi)小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家还发现了(le)一个反(fǎn)常的(de)星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系不多，但(dàn)是星(xīng)系当中存在(zài)的(de)恒星(xīng)数量却只有银河系的(de)千分之一(yī)。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科(kē)学(xué)家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了(le)40个小时的详细(xì)测(cè)量之后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物质和(hé)力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那么(me)又(yòu)有人提(tí)出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一个(gè)大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能(néng)就(jiù)是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在(zài)行星系尺度中(zhōng)的(de)天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的(de)方式运动。但是上升到星系(xì)和星(xīng)团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互作用(yòng)则是不(bù)同(tóng)的方式。对(duì)于在(zài)星系团之间的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还引入(rù)了外部(bù)场(chǎng)效应的(de)概念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年(nián)的规(guī)模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需(xū)要(yào)对现在的物理定律进行修正，这(zhè)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关于暗(àn)物质存在(zài)的其(qí)他的理论(lùn)证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两(liǎng)个(gè)碰撞的(de)星(xīng)系团所组成，类似(shì)这样的星(xīng)团，它们(men)大部分(fēn)的普通质量都在星(xīng)系的气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相互(hù)作用就(jiù)会导致(zhì)温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我(wǒ)们(men)通过(guò)什(shén)么(me)来验证它的质(zhì)量区(qū)域(yù)到底(dǐ)是不(bù)是集中在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了(le)宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩的(de)高(gāo)清(qīng)照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其(qí)实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们(men)地球上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨(jù)大的(de)天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现(xiàn)象(xiàng)就是(shì)引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大(dà)的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星系(xì)团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区(qū)域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以最好的(de)解释(shì)方法就是当星团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过(guò)了(le)这个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理论(lùn)证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的(de)微波辐射(shè)。其中红色的部分(fēn)表示温度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相(xiāng)对(duì)较(jiào)冷的区域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们(men)通过(guò)对前(qián)景背景分离后的二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而(ér)随着暗(àn)物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们(men)需要的(de)暗物质大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质比例是(shì)一致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子(zi)的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要(yào)的实(shí)验方式也不(bù)相(xiāng)同。在过去(qù)的几(jǐ)十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相互作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学(xué)家们(men)已经(jīng)进(jìn)行了(le)超过50次(cì)的实(shí)验，却(què)没有任何(hé)实质性(xìng)的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨(sà)索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最大的(de)地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探测(cè)器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子(zi)的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观(guān)测到了某种信号(hào)。经过了(le)20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣(qù)的(de)事情(qíng)。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这(zhè)可能是人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一(yī)个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物(wù)质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进切开的南瓜可以放冰箱吗，南瓜切了一半放冰箱能留几天行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这样的(de)速度在穿越着暗物(wù)质流(liú)，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则(zé)与之相反。

而(ér)在(zài)6月(yuè)份的时(shí)候，地球(qiú)与(yǔ)太(tài)阳的(de)方向正好达到完全(quán)一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快(kuài)的(de)时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然(rán)也可能(néng)有其他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号(hào)的差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿(shī)度(dù)、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的(de)数量也(yě)符合(hé)这(zhè)个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与之前的(de)实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚(gāng)刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但(dàn)它(tā)的(de)宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途(tú)就是探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘(mì)，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物质存(cún)在(zài)，它们极有可能(néng)拥有另一(yī)种神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞(dàn)生，或者说是生命进化的(de)一个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗(àn)物质存在(zài)的(de)实(shí)际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我更新的(de)动(dòng)力！

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