宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学(xué)家们在过去的(de)几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是(shì)却没(méi)有发现任何的(de)有效证据。除(chú)了一个(gè)地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体运动的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天(tiān)文学(xué)家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知(zhī)的(de)天(tiān)体通过(guò)引力在摄动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的(de)发现都是应用(yòng)万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度(dù)，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束(shù)缚(fù)在一(yī)起。测(cè)量(liàng)星系团的质量一(yī)般会(huì)使(shǐ)用到(dào)两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学(xué)的质量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移测(cè)量星系团中的各个(gè)星系相(xiāng)对于星系团的运动速度(dù)。当测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见光的形式(shì)所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的(de)是，在测量速(sù)度(dù)的(de)过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系(xì)的速度比理论上要(yào)快得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些(xiē)可(kě)见星系(xì)的质量所产生的(de)引力是(shì)无法将它(tā)们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部分不可见的(de)暗质，它不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们(men)却占据(jù)着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们对(duì)这样的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再一次出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距(jù)离中心越远的(de)恒(héng)星在(zài)其(qí)轨道(dào)上的运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但是他们观(guān)测的(de)结果(guǒ)却让人感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中如果没(méi)有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科学家们会(huì)使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异(yì)常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进(jìn)入其(qí)中。

于是(shì)科(kē)学家们通(tōng)过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的(de)力学(xué)定(dìng)律。我们的太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳系(xì)位于银河系的第(dì)三悬(xuán)臂(bì)之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有(yǒu)引力定(dìng)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，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看不到(dào)的(de)物质，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来(lái)越多的研究人(rén)员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的(de)速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科(kē)学家们(men)发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之(zhī)间(jiān)，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大(dà)小和(hé)银河系(xì)不多，但是(shì)星系当中存(cún)在的(de)恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银(yín)河系的(de)千(qiān)分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗(àn)物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析(xī)。但(dàn)是科学家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测(cè)量之(zhī)后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常的(de)物质和力(lì)学定律来解释(shì)的。那(nà)么又有(yǒu)人(rén)提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另(lìng)一个大(dà)星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的是，它的(de)附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上(shàng)升到(dào)星(xīng)系和星(xīng)团的尺度，引力之间的(de)相互作用则是不同的(de)方(fāng)式。对于在(zài)星系团之间的(de)相互作用，科(kē)学家(jiā)还引入(rù)了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们需要对(duì)现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在宇宙当(dāng)中还(hái)有关(guān)于暗物(wù)质存在的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的(de)相互(hù)作用就(jiù)会(huì)导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量(liàng)将位于(yú)所(suǒ)有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它(tā)的质量区域到底是(shì)不(bù)是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们(men)可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们(men)地球(qiú)上(shàng)的观(guān)测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量(liàng)超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能是超大质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星(xīng)团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡(kǎ)在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜(jìng)研究也被认为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下(xià)了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷(lěng)的区(qū)域(yù)，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的(de)温(wēn)差(chà)只有万(wàn)分(fēn)之一(yī)。

科学(xué)家们(men)通过对前(qián)景(jǐng)背(bèi)景分(fēn)离(lí)后的(de)二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质(zhì)比例是一(yī)致(zhì)的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就(jiù)很好地解释了(le)很多不同的观(guān)测(cè)结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本(běn)质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它(tā)们不(bù)参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互(hù)作用。所以如(rú)果能够找到(dào)这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的(de)假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不(bù)同的(de)目标粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方(fāng)式也不相同(tóng)。在过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相(xiāng)互(hù)作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了(le)一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声称观测(cè)到了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测(cè)率会(huì)在(zài)每年(nián)的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可(kě)能是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的(de)年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们(men)也(yě)在以这(zhè)样的(de)速度在穿(chuān)越(yuè)着(zhe)暗(àn)物质(zhì)流，这个(gè)过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了(le)最(zuì)慢(màn)值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系(xì)相对银(yín)河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这可(kě)以(yǐ)用来解释(shì)，研究人(rén)员们(men)所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号的(de)差异(yì)也(yě)可能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周(zhōu)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实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器提供的(de)视(shì)野是哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一个关(guān)键的用途就(jiù)是探索暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落的(de)行星上(shàng)，暗物质正在通过这(zhè)样(yàng)的效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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