宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会(huì)存在科学(xué)无(wú)法(fǎ)解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗物质存(cún)在(zài)的证(zhèng)据，科学家们在(zài)过去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的(de)长期(qī)实验，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学(xué)原理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发(fā)表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一(yī)定有未知的(de)天(tiān)体通(tōng)过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星(xīng)运行轨道(dào)的(de)异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是(shì)应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例(lì)子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系(xì)或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究和测(cè)量后发星系团的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千(qiān)个星系所组成的巨(jù)大(dà)星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量(liàng)星系团的质量一般(bān)会使用(yòng)到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力(lì)学质量的计算(suàn)，是利用(yòng)光谱(pǔ)红(hóng)移(yí)测量星系(xì)团中的各(gè)个星系相对于星(xīng)系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结(jié)果出来(lái)之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存(cún)在，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的速度比理论(lùn)上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的质(zhì)量所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这(zhè)样部(bù)分不(bù)可见(jiàn)的(de)暗质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测(cè)仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是(shì)他们(men)观测的(de)结果却(què)让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系(xì)当(dāng)中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的(de)恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为(wèi)是由(yóu)暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元素(sù)，发现它们的旋转速度(dù)并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳(yáng)系位于银(yín)河(hé)系(xì)的第(dì)三悬(xuán)臂(bì)之(zhī)上，距(jù)离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心(xīn)加速(sù)度(dù)的原因(yīn)很(hěn)可(kě)能就是存在(zài)着一种我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在了(le)一(yī)起。

也是(shì)从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多(duō)的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的(de)速度(dù)，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的(de)原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究(jiū)当中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间(jiān)，也会(huì)出现速度上的(de)微小差异。另(lìng)外，天文学家(jiā)还发现了(le)一个(gè)反常(cháng)的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星(xīng)数量(liàng)却(què)只(zhǐ)有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物(wù)质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使(shǐ)用最先进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量(liàng)之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的(de)是(shì)，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的(de)理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之间的(de)相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的(de)方式(shì)。对于在星(xīng)系(xì)团之间的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还(hái)引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊(shū)的(de)效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要(yào)对现在的(de)物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年(nián)的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞的(de)星系团所组成，类似这(zhè)样的(de)星(xīng)团，它(tā)们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量(liàng)将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可(kě)以明显地(dì)看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的(de)形变。其实这些(xiē)星系本身并(bìng)不(bù)是真的(de)被扭(niǔ)曲了(le)，也(yě)不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么问(wèn)题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级(jí)巨大的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超(chāo)大质量的东西的(de)引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不(bù)是在(zài)中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是(shì)当星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团(tuán)的(de)引力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可(kě)见光(guāng)终(zhōng)于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经(jīng)过(guò)了(le)130多亿(yì)年(nián)之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各相同性的(de)微(wēi)波(bō)辐射。其(qí)中红(hóng)色的(de)部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的(de)区域，蓝(lán)色(sè)则表示相对(duì)较冷的(de)区域(yù)，但实际上它们(men)之间的温差只(zhǐ)有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离(lí)后的二(èr)值(zhí)图像进行连通域提取和标记(jì)之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而(ér)随着暗物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的(de)测(cè)量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星运(yùn)动所需要(yào)的暗物(wù)质比例是一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了很多不同(tóng)的(de)观测结果。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够(gòu)找到(dào)这种粒(lì)子的(de)存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的(de)实验方式也(yě)不(bù)相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物(wù)质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了(le)超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的(de)发现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下(xià)矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大(dà)的地学(xué)实验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学家声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月(yuè朝受命夕饮冰出处，朝受命夕饮冰昼无为夜难眠什么意思)降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发(fā)现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性的年度信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味着我们(men)也在(zài)以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的(de)方向与太(tài)阳环(huán)绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好达到完(wán)全(quán)一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个(gè)理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信号(hào)。当然也(yě)可能有(yǒu)其他(tā)的情况(kuàng)，造(zào)成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的(de)差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的(de)水分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游(yóu)客(kè)的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了一(yī)个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征(zhēng)和(hé)第(dì)一个实(shí)验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的非(fēi)常有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于(yú)这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截(jié)至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽视场仪(yí)器提(tí)供的(de)视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的(de)100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背(bèi)后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心(xīn)的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的(de)诞生，或(huò)者说是生命进化(huà)的一(yī)个重要(yào)因素。

如果这(zhè)一理论得到进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上(shàng)，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的(de)大(dà)前提是要先找到暗(àn)物质存在(zài)的实际(jì)证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物(wù)质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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