宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造(zào)”的？为何会(huì)存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证据(jù)，科(kē)学(xué)家们在(zài)过去的几(jǐ)十年(nián)当中进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是(shì)却(què)没有发(fā)现(xiàn)任(rèn)何的有效(xiào)证据。除(chú)了(le)一个地(dì)方(fāng)，在1687年(nián)出(chū)版的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规律。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星(xīng)、冥(míng)王星(xīng)的发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些(xiē)发(fā)现(xiàn)都是(shì)在恒星(xīng)系(xì)统的尺度(dù)当(dāng)中，可(kě)当我们上升到(dào)星系或(huò)者是星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测(cè)量(liàng)后发星系团(tuán)的(de)质量(liàng)。这是一个由数千个星系(xì)所组成的(de)巨大(dà)星系团，这些星(xīng)系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般(bān)会使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的(de)范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要的(de)数据(jù)是测量各(gè)个星系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学(xué)质量的计算(suàn)，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力(lì)学(xué)质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不以可(kě)见光的形式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异的(de)是(shì)，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发(fā)现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论(lùn)上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团内的(de)，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这样部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质(zhì)量。只是(shì)当时的(de)人们对(duì)这样的(de)一种说(shuō)法家贫无从致书以观出自哪里，家贫无从致书以观每假借于藏书之家翻译不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物(wù)质”这(zhè)个词才再一(yī)次出(chū)现。天(tiān)文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测的结(jié)果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的(de)结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜(jìng)测量(liàng)了(le)距(jù)离星系中心更远距离的(de)氢元(yuán)素，发(fā)现它们(men)的旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳系位于银河(hé)系(xì)的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实(shí)际(jì)速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度的原(yuán)因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越来越多的(de)研究(jiū)人员(yuán)开始(shǐ)相(xiāng)信(xìn)暗物(wù)质的存(cún)在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算(suàn)在(zài)星(xīng)系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯(wéi)一(yī)可(kě)以解释(shì)这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的研究当(dāng)中，科(kē)学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也会出现速(sù)度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但是(shì)星系当(dāng)中存在(zài)的(de)恒星数量却只有银河系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家(jiā)们(men)使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详(xiáng)细(xì)测量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的(de)。那(nà)么又有人(rén)提出(chū)，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可(kě)能(néng)就是(shì)人类对引力的理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在(zài)不同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的(de)方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星(xīng)系(xì)和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用(yòng)则(zé)是不同(tóng)的方式(shì)。对于在(zài)星系团(tuán)之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家还(hái)引入了外部场效(xiào)应的(de)概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生(shēng)对(duì)彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的(de)物(wù)理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此终(zhōng)结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其(qí)他的(de)理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大部(bù)分的普通质量都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会(huì)导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所有这些气(qì)体所在的(de)中间区域。那么(me)我(wǒ)们(men)通过什么来(lái)验证它的质量区(qū)域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我们可(kě)以明(míng)显地看到(dào)很多星系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了(le)巨大的(de)形变。其实这些(xiē)星系本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天(tiān)体和(hé)我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个(gè)质(zhì)量超级(jí)巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的(de)天体可能是(shì)超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星(xīng)系团观(guān)测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的(de)大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部(bù)的(de)碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并(bìng)在两边(biān)形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这(zhè)些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留(liú)下(xià)了各相同性的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部(bù)分表示温(wēn)度较高的(de)区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较冷(lěng)的(de)区域，但实际(jì)上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的(de)二值图(tú)像(xiàng)进(jìn)行连(lián)通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起来不(bù)应该是(shì)这样的(de)，而随着暗物(wù)质的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地(dì)解释(shì)了很多不同(tóng)的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其(qí)他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒(lì)子(zi)的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不(bù)同的(de)目标粒子(zi)所需要(yào)的实验(yàn)方(fāng)式也(yě)不相同。在过(guò)去的几十年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不(bù)会与常规物质(zhì)相互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方(fāng)，意大(dà)利的(de)家贫无从致书以观出自哪里，家贫无从致书以观每假借于藏书之家翻译格兰(lán)萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最(zuì)大的(de)地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的探测器(qì)，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科学家声(shēng)称(chēng)观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了(le)20多年(nián)的(de)数据收集，人们发现了一(yī)个(gè)有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在(zài)20年(nián)当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的(de)方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正好达到完全一(yī)致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这个理论(lùn)的有(yǒu)效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人员们所(suǒ)观测到(dào)的周期(qī)性信号。当然也(yě)可能有其他的(de)情况，造(zào)成这种年度周期信号的(de)差异也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这个(gè)周期(qī)的规(guī)律。

所(suǒ)以，科(kē)学(xué)家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个(gè)几乎(hū)相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运动特征和(hé)第(dì)一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可以成为暗物(wù)质所存在的(de)非(fēi)常有力的证据了。但是由于(yú)这个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个(gè)关键的(de)用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在，它(tā)们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会(huì)意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的(de)效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到(dào)底存(cún)不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的(de)动力(lì)！

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