宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人类为了(le)寻找暗(àn)物(wù)质存在的证据，科(kē)学家们在过去(qù)的几十(shí)年(nián)当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发(fā)现任何的有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发(fā)表(biǎo)了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的(de)规律。往(wǎng)后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并(bìng)且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文(wén)成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们上(shàng)升到(dào)星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物(wù)理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正在研究和(hé)测(cè)量(liàng)后发(fā)星系(xì)团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成(chéng)的巨大(dà)星(xīng)系团，这(zhè)些星系被引力束缚在(zài)一(yī)起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量各个星系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力(lì)学质量(liàng)的计算，是(shì)利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个(gè)星系相对于(yú)星系团的(de)运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不以可见光的形式所存在，我们(men)无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所(suǒ)产生的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们(men)束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的(de)力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一(yī)次出现。天(tiān)文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的(de)恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运行速(sù)度(dù)就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离(lí)的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了(le)。基(jī)于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学(xué)家们会(huì)使用一种相对标准的(de)方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在(zài)，这(zhè)种方法就是(shì)测(cè)量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度。如果出(chū)现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电(diàn)望远镜(jìng)测(cè)量了距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计(jì)算(suàn)，太阳(yáng)系的(de)运行速(sù)度应该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可(kě)能就(jiù)是存在(zài)着一种我们看(kàn)不(bù)到(dào)的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人(rén)员开(kāi)始相信暗物(wù)质的存在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度，估算在星系当(dāng)中暗(àn)物质的(de)质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一(yī)项新的(de)研究(jiū)当中，科学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现了一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存(cún)在(zài)的恒星数量却(què)只有银河系(xì)的(de)千分之一(yī)。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则(zé)就会(huì)分崩离析(xī)。但是(shì)科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可(kě)以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也(yě)许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另(lìng)一(yī)个大星(xīng)系剥(bō)离了(le)。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除(chú)了暗(àn)物质(zhì)的假说之(zhī)外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对(duì)引(yǐn)力的理解还(hái)不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的方式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家还引入了外(wài)部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让很多(duō)人(rén)认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区(qū)域到底是不是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到(dào)很多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子(zi)弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不(bù)是在中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法就是当星团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于(yú)可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部(bù)分(fēn)表示(shì)温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们(men)之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景(jǐng)背(bèi)景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提(tí)取和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物(wù)质的(de)增加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需(xū)要的暗物质大(dà)约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单(dān)的(de)理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类型的粒(lì)子，它们不(bù)参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的目标(biāo)粒子(zi)所需(xū)要的(de)实验方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找这些看不见魔芋为什么没有热量，魔芋粉丝千万别吃多了、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质(zhì)相互作用的(de)“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大(dà)利(lì)的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过(guò)了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年当中每年(nián)都是一(yī)样。一些科学家(jiā)认(rèn)为这可能(néng)是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会(huì)产生周期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银河系(xì)进行移(yí)动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗(àn)物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快的时(shí)段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到(dào)了(le)最慢(màn)值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的(de)情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差(chà)异也(yě)可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的(de)积雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客的数(shù)量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又(yòu)在(zài)南半球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎相同的实(shí)验(yàn)室，这里的季节与之前(qián)的实验室(shì)正好相反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物质流的(de)运动特征和第(dì)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，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据(jù)了。但(dàn)是由于这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不(bù)久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截(jié)至(zhì)目前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈(hā)勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了(le)。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在(zài)，它(tā)们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意(yì)味着(zhe)人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行(xíng)星上(shàng)，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质到(dào)底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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