宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的(de)几十年当中(zhōng)进行了(le)超过(guò)50次(cì)的(de)长期实验，但是却(què)没有发现任何(hé)的(de)有效证据。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的(de)自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的(de)几百年来，当(dāng)天文学家们(men)发现某(mǒu)些天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符(fú)合(hé)万有引力定律的时候，他(tā)们(men)就(jiù)会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星运行轨道的异(yì)常，推算并(bìng)且发(fā)现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成(chéng)就的(de)例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上(shàng)升到星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理(lǐ)学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系(xì)团的质(zhì)量(liàng)。这是(shì)一个由数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测(cè)量星系团的(de)质量一般(bān)会使(shǐ)用到两种方法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要(yào)的(de)数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力(lì)学质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的(de)运动速度(dù)。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式(shì)所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的质(zhì)量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚在星系(xì)团内的(de)，它们早就应600毫升等于多少斤水，800ml是多少水该(gāi)被抛出星系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神(shén)秘的力量在(zài)起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只(zhǐ)是(shì)当时的人(rén)们(men)对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福(fú)特在观测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道(dào)上的运行速度(dù)就会越慢。但是他(tā)们观测(cè)的结(jié)果却让(ràng)人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速(sù)度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系(xì)当(dāng)中(zhōng)如(rú)果没有足够大(dà)的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这(zhè)种现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的方法来(lái)解释(shì)暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方法就是(shì)测量星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心的(de)距离，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系(xì)中心(xīn)更(gèng)远距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的(de)太阳系也不(bù)例外，太阳系位于(yú)银河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系的运(yùn)行速度(dù)应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千(qiān)米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度远远大(dà)于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能就是(shì)存在着一种我们看不(bù)到的(de)物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可(kě)以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科(kē)学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了(le)一个反常的(de)星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，该星系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否则(zé)就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时的详细(xì)测(cè)量之(zhī)后，发(fā)现(xiàn)星系600毫升等于多少斤水，800ml是多少水中的恒星运动是可以用正常的(de)物质(zhì)和力学定(dìng)律来解释的。那么又(yòu)有人(rén)提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的(de)另一(yī)个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它(tā)的附(fù)近没(méi)有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一(yī)种可能就(jiù)是(shì)人(rén)类对引(yǐn)力的理解还(hái)不够全(quán)面(miàn)，引力很可能(néng)在不同尺度空(kōng)间中的(de)工作(zuò)方式是不同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿(yán)着(zhe)它们(men)的轨道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上升(shēng)到(dào)星系和星团的(de)尺度(dù)，引(yǐn)力之间(jiān)的相互(hù)作用则是不(bù)同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间(jiān)的(de)相互作用，科学家还引入(rù)了外部场效应的概(gài)念(niàn)，指(zhǐ)的是(shì)在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立(lì)，这意味着我们需(xū)要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质存(cún)在的(de)其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的(de)星团(tuán)，它(tā)们(men)大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体的(de)相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量(liàng)将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在(zài)的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全(quán)彩的高清照片，在(zài)照(zhào)片中我们(men)可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的(de)观测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区(qū)域并不是(shì)在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的(de)迄今为止最好(hǎo)的(de)理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留(liú)下了(le)各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐(fú)射(shè)。其中红色(sè)的部(bù)分表(biǎo)示温度(dù)较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景背景分离后的二(èr)值图像(xiàng)进(jìn)行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗(àn)物(wù)质的增加，一(yī)些峰值的(de)幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景辐射(shè)的(de)测量(liàng)值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运动所需(xū)要(yào)的暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存(cún)在(zài)着某种(zhǒng)类型(xíng)的(de)粒子，它们(men)不参与任何(hé)其(qí)他的电磁作用，只通过(guò)引力(lì)来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数(shù)十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了(le)超过50次的实验(yàn)，却(què)没有任(rèn)何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据(jù)收集，人们(men)发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是(shì)一(yī)样。一些科(kē)学家(jiā)认为这可能(néng)是人类发现暗物(wù)质(zhì)的(de)第一个直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什(shén)么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性的(de)年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们(men)也在以这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的时(shí)间，地(dì)球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的(de)方向(xiàng)是一(yī)致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际(jì)的(de)情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系(xì)的平面呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可以用来(lái)解释，研究人(rén)员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号的(de)差(chà)异也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游客的数量也符合这(zhè)个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实(shí)验室(shì)，这里的季节与之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特(tè)征和第一个实验(yàn)室是一样的(de)。

因(yīn)此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在的(de)非常有(yǒu)力(lì)的证据了。但是由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应(yīng)的(de)数(shù)据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提(tí)供(gōng)的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用途就是(shì)探索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探测的(de)结(jié)果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待了。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(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化的(de)一个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理论(lùn)得(dé)到(dào)进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大前提是(shì)要先找到(dào)暗物质存在的(de)实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的动力(lì)！

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