宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造(zào)”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么(me)？人类(lèi)为了(le)寻找暗(àn)物(wù)质存在(zài)的证据，科(kē)学家们在(zài)过(guò)去(qù)的几十年当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会(huì)知(zhī)道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过天王(wáng)星运行轨道(dào)的异常，推算并(bìng)且发现了海王(wáng)星的(de)存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用(yòng)万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在(zài)恒星(xīng)系(xì)统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系或者是(shì)星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般(bān)会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要的(de)数据(jù)是测量各(gè)个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相对于星系团的运(yùn)动(dòng)速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可(kě)见光的形式所存在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星系的速度(dù)比理论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚(fù)在(zài)星(xīng)系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作(zuò)用(yòng)，这种力量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的(de)物(wù)质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了(le)这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们(men)对(duì)这样的一种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速(sù)度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在(zài)星系当中如果没有足(zú)够(gòu)大(dà)的质量来(lái)吸(xī)引它(tā)们(men)，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的(de)存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心的距(jù)离，以(yǐ)及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科学家们通过射电望(wàng)远镜(jìng)测(cè)量了(le)距(jù)离星系中心(xīn)更远距离的(de)氢元(yuán)素，发(fā)现它们(men)的旋转速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银(yín)河(hé)系(xì)的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系的运(yùn)行速度(dù)应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理论速度(dù)，那(nà)么(me)产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速度的原因(yīn)很可(kě)能就是存在着一种我们看(kàn)不到的(de)物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的(de)引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研(yán)究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒(héng)星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出(chū)现速度上(shàng)的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地(dì)球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在(zài)暗物质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但(dàn)是科学(xué)家(jiā)们(men)使用(yòng)最先进的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个小(x没带罩子让捏了一节课感受iǎo)时的详细测量之后(hòu)，发现星系(xì)中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和(hé)力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近(jìn)没(méi)有任何星系(xì)存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的除(chú)了(le)暗(àn)物质的假说之外，另一(yī)种可能就是人类(lèi)对引力的(de)理解还不够全(quán)面，引力很可能在不(bù)同尺度空(kōng)间中的(de)工(gōng)作方式是不(bù)同的，这意(yì)味着在行星系(xì)尺度(dù)中(zhōng)的(de)天体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是(shì)不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个理(lǐ)论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们需(xū)要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人(rén)认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的(de)星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的(de)相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有(yǒu)这些气(qì)体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么(me)来验(yàn)证(zhèng)它的质量(liàng)区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng没带罩子让捏了一节课感受)传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的(de)高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨(jù)大的(de)形变。其实(shí)这些星系本身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量(liàng)超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质(zhì)量的东(dōng)西的引力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星(xīng)系(xì)的光都(dōu)发(fā)生了扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大的(de)天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它的(de)大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星(xīng)团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到的(de)质量(liàng)气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过了这(zhè)个(gè)区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今(jīn)为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它们之间的(de)温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通过(guò)对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的(de)二值图像进行(xíng)连通(tōng)域提取和标(biāo)记之后(hòu)发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看(kàn)起来(lái)不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物(wù)质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一(yī)个简单(dān)的理论框架，就(jiù)很(hěn)好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的观(guān)测结果。而(ér)暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它们(men)不参与(yǔ)任何其(qí)他(tā)的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家(jiā)们已经提出(chū)了数十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标粒子所需要(yào)的实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去(qù)的几十(shí)年当中，人类为了(le)寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没(méi)有任何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一(yī)个(gè)地(dì)方，意大利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大(dà)的(de)地学实验室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科学(xué)家(jiā)声(shēng)称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每(měi)年(nián)的6月(yuè)份(fèn)达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗(àn)物(wù)质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我(wǒ)们(men)也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外(wài)半年则(zé)与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的(de)时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全(quán)一致(zhì)，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的没带罩子让捏了一节课感受(de)平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可以用来解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测(cè)到(dào)的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他(tā)的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客(kè)的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运动特(tè)征和(hé)第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在(zài)这(zhè)里可以得到相同的(de)信号，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另(lìng)外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪(yí)器(qì)提供的(de)视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物(wù)理中心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和(hé)贾森(sēn)斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在(zài)，它们(men)极(jí)有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要(yào)因素(sù)。

如果这一(yī)理论得到(dào)进(jìn)一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物质会不(bù)会意味着(zhe)人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效(xiào)应(yīng)创(chuàng)造生命(mìng)。当(dāng)然，这些(xiē)推(tuī)论的大前(qián)提是要先找到暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的(de)支持(chí)是(shì)我(wǒ)更新的(de)动(dòng)力！

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