宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存(cún)在(zài)科(kē)学无法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学家(jiā)们在(zài)过去的(de)几(jǐ)十(shí)年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自(zì)然哲(zhé)学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来(lái)，当(dāng)天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一(yī)定有未知的天(tiān)体通(tōng)过引力(lì)在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如(rú)在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的例(lì)子。但(dàn)是这些发(fā)现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量(liàng)后发星系(xì)团的质量。这是一(yī)个由数(shù)千(qiān)个星系(xì)所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质(zhì)量一般(bān)会使用到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方(fāng)法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要的(de)数据是测量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团中的各(gè)个星系(xì)相(xiāng)对于(yú)星系团(tuán)的运动速(sù)度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟(jìng)然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹(zī)威基发(fā)现星系(xì)团中很(hěn)多星系(xì)的速(sù)度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的(de)质量所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们(men)早就(jiù)应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神(shén)秘的力(lì)量在(zài)起作(zuò)用(yòng)，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这样(yàng)部分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的(de)一种说(shuō)法(fǎ)不屑(xiè)一(yī)顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词(cí)才再一(yī)次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在(zài)观(guān)测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中如果没(méi)有足够大的质量(liàng)来(lái)吸(xī)引它们(men)，这(zhè)些外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩(shuǎi)到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科(kē)学家们会(huì)使用一种(zhǒng)相对(duì)标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物(wù)质的存在，这种方(fāng)法就是测(cè)量(liàng)星系当中气(qì)体在X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异常的(de)结果，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于(yú)是科(kē)学家(jiā)们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了(le)距离星系中心(xīn)更(gèng)远(yuǎn)距离的氢(qīng)元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的力学(xué)定律。我们(men)的太(tài)阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银(yín)河(hé)系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)进行(xíng)计算(suàn)，太(tài)阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于(yú)理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因(yīn)很可能(néng)就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一(yī)起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的(de)研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存(cún)在。科学家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物(wù)质的质(zhì)量占(zhàn)整个星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质(zhì)并不(bù)是唯一可以解(jiě)释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出(chū)现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不(bù)多，但是星系(xì)当中存在的(de)恒星数(shù)量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存(cún)在暗物(wù)质(zhì)，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是(shì)科(kē)学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质(zhì)和(hé)力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它(tā)的附(fù)近(jìn)没有任何星系(xì)存(cún)在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力(lì)的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在(zài)不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的(de)方(fāng)式运动。但是上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的(de)方(fāng)式。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百(bǎi)万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要对现在的物理(lǐ)定律进(jìn)行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于(yú)暗物质存在(zài)的其他的理论(lùn)证据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质(zhì)量都在(zài)星系(xì)的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气(qì)体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会(huì)导致温度的急(jí)剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质(zhì)量将(jiāng)位于(yú)所有这些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么(me)来验证它的质量(liàng)区域(yù)到底(dǐ)是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了(le)宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看(kàn)到很(hěn)多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其(qí)实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出(chū)了什(shén)么问题，而(ér)是(shì)这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一(yī)个(gè)质量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西(xī)的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的(de)光都发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不是(shì)在中间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了(le)这个(gè)区域，并(bìng)在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上留下(xià)了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的(de)区域，但(dàn)实际上它们(men)之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对前景背景(jǐng)分离后的二(èr)值图像(xiàng)进行连(lián)通(tōng)域(yù)提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大(dà)约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与解释星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就很好地解释(shì)了很(hěn)多不(bù)同的(de)观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经提(tí)出(chū)了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方式也不(bù)相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家(jiā)们(men)已经进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却没(méi)有任何(hé)实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的(de)探测(cè)器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学(xué)家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过(guò)了20多年的数(shù)据(jù)收(shōu)集，人(rén)们发现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率会在(zài)每年的(de)6月(yuè)份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这(zhè)可能(néng)是(shì)人类发现暗物质的(de)第一个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在(zài)以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的(de)时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的(de)方(fāng)向与太(tài)阳(yáng)环(huán)绕(rào)银(yín)河系(xì)的方向是一致的(de)，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银(yín)河系的平面呈现了60度(dù)的(de)倾(qīng)斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可(kě)以(yǐ)用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观(guān)测到的周期性(xìng)信号。当然也可(kě)能有其他(tā)的(de)情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客(kè)的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南(nán)半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的(de)实验室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特(tè)征和第一(yī)个实验室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得到相同的(de)信号，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是(shì)由于(yú)这个(gè)实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同(tóng)，但(dàn)它的宽视(shì)场(chǎng)仪器(qì)提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭(shì)目以待(dài)了(le)。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发(fā)现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应(yīng)，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得(dé)到进一(yī)步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会(huì)不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是(shì)要先找到(dào)暗(àn)物质存在的实(shí)际(jì)证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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