宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法解释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什么(me)？人(rén)类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据(jù)，科(kē)学家们在(zài)过去的几(jǐ)十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲(zhé)学数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符(fú)合(hé)万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推算并且发(fā)现了(le)海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是(shì)应(yīng)用万(wàn)有引力定律所取得(dé)重大(dà)天文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在(zài)恒(héng)星(xīng)系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我们上升到(dào)星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测量后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是一个由(yóu)数千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测(cè)量星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量(liàng)一般会(huì)使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要(yào)的(de)数据是测(cè)量各个(gè)星系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运动(dòng)速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)很多(duō)星系的速度(dù)比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的引力(lì)是(shì)无法将它(tā)们束缚(fù)在星系(xì)团内的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量(liàng)来源(yuán)于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的(de)暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人(rén)们对(duì)这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的(de)恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒(héng)星在(zài)其轨(guǐ)道上的运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的(de)结果却(què)让人(rén)感到(dào)不(bù)可思议。

随着与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎(hū)保持(chí)不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到(dào)宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方法就(jiù)是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出(chū)现异常(cháng)的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通(tōng)过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了(le)距离星系中心更远距离的(de)氢元素(sù)，发(fā)现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据(jù)万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速(sù)度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这(zhè)种向心(xīn)加速度(dù)的原(yuán)因很可能(néng)就是存在(zài)着一种我们(men)看(kàn)不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人(rén)员开始相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的(de)研究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力效应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出现(xiàn)速(sù)度(dù)上(shàng)的微(wēi)小差异。另(lìng)外，天文(wén)学(xué)家(jiā)还发(fā)现(xiàn)了一(yī)个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存(cún)在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗物(wù)质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运动是可(kě)以(yǐ)用正(zhèng)常(cháng)的物质和力(lì)学(xué)定律来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提(tí)出，也许(xǔ)该(gāi)星(xīng)系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近(jìn)的另一(yī)个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一种可(kě)能就是人(rén)类(lèi)对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着它(tā)们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相互作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对于在(zài)星系团之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙小卖部一天卖1000利润多少，一个小卖部一天卖1000能赚多少德(dé)理(lǐ)论(lùn)成立，这意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们需要(yào)对(duì)现在的物理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发现也让很多(duō)人认(rèn)为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物(wù)质存(cún)在的其他的(de)理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气(qì)体的相互作用(yòng)就(jiù)会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中间区域。那么(me)我们(men)通过什么(me)来验证它的(de)质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在(zài)照片(piàn)中我们可(kě)以明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的(de)形变(biàn)。其实这些(xiē)星系(xì)本身并(bìng)不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地球上的(de)观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东(dōng)西的引力，会(huì)使身(shēn)后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则(zé)直接(jiē)通过了这(zhè)个区域(yù)，并(bìng)在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年(nián)之后(hòu)，可(kě)见光(guāng)终于可(kě)以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上(shàng)留(liú)下了各(gè)相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝(lán)色(sè)则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前(qián)景背景(jǐng)分离后的二(èr)值(zhí)图像进行连(lián)通域(yù)提取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看起来(lái)不应(yīng)该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物(wù)质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单的理(lǐ)论(lùn)框架，就(jiù)很好地(dì)解(jiě)释(shì)了(le)很多不(bù)同的(de)观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他(tā)的(de)电磁作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互(hù)作用。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出(chū)了数(shù)十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不(bù)同的(de)目(小卖部一天卖1000利润多少，一个小卖部一天卖1000能赚多少mù)标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科学家们(men)已经进行了超过50次(cì)的实(shí)验(yàn)，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观测(cè)到(dào)了某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多年的数(shù)据收集，人(rén)们(men)发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会(huì)在每(měi)年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每(měi)年(nián)都是一样。一些(xiē)科学家认为这可(kě)能是人类发(fā)现(xiàn)暗(àn)物质(zhì)的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但是为什么(me)暗(àn)物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的(de)年度信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着银河(hé)系(xì)进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份(fèn)的(de)时(shí)候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用(yòng)来(lái)解释(shì)，研究(jiū)人员们(men)所观(guān)测到的(de)周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可(kě)能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连意大利游客(kè)的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立(lì)了一个(gè)几乎相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的运(yùn)动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的信号(hào)，就(jiù)可以成为(wèi)暗物(wù)质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器(qì)提(tí)供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬(fēn)研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们极有可能拥有(yǒu)另一(yī)种(zhǒng)神秘的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命进化的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到(dào)进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落(luò)的(de)行星(xīng)上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是(shì)要先(xiān)找到暗物(wù)质存(cún)在的实(shí)际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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