宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当(dāng)中进行了超过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是(shì)却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自(zì)然(rán)哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示(shì)了(le)宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符(fú)合万(wàn)有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的(de)天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推算并(bìng)且发(fā)现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万(wàn)有引(yǐn)力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成(chéng)就(jiù)的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当我们上升到星(xīng)系或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情(qíng)就(jiù)开始变得(dé)诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测(cè)量后发星(xīng)系团的质量。这是(shì)一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力(lì)束(shù)缚在一起。测(cè)量(liàng)星系团(tuán)的质量一般(bān)会使(shǐ)用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质(zhì)量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量星系团(tuán)中的各个星系相对(duì)于星(xīng)系团的运(yùn)动(dòng)速度(dù)。当(dāng)测量结果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不(bù)以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星(xīng)系的速(sù)度比理论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的(de)引(yǐn)力是无(wú)法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作(zuò)用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的(de)暗(àn)质(zhì)，它不发(fā)散(sàn)光、吸(xī)光、反射(shè)光(guāng)，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才(cái)再(zài)一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观(guān)测(cè)仙女(nǚ)座星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒星(xīng)在其(qí)轨(guǐ)道上的(de)运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但是(shì)他(tā)们观测(cè)的结果却让(ràng)人感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的(de)增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎保持不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没(méi)有足够大的质量来(lái)吸(xī)引它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的(de)方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离(lí)星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物(wù)质的(de)力量进入(rù)其(qí)中。

于是科学(xué)家们通过(guò)射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的第(dì)三悬臂(bì)之上，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际(jì)速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那(nà)么产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是存(cún)在着一(yī)种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力(lì)效应(yīng)将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物(wù)质的(de)质(zhì)量(liàng)占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解(jiě)释(shì)这个现象的原因(yīn)。在一项新的(de)研究(jiū)当(dāng)中，科学家(jiā)们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的(de)微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家还发(fā)现(xiàn)了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和(hé)银(yín)河系(xì)不(bù)多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先(xiān)进的(de)望远镜对(duì)其进(jìn)行(xíng)了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测(cè)量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来解释(shì)的(de)。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已经被(bèi)附近的(de)另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的附近(jìn)没(méi)有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就是(shì)人(rén)类对引力(lì)的(de)理解还不够全面(miàn)，引力很可能(néng)在不同尺度空(kōng)间中的(de)工作方(fāng)式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我们所理(lǐ)解的(de)方式(shì)运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和(hé)星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的相互作(zuò)用，科学家还(hái)引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年的(de)规(guī)模(mó)上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也(yě)让很多(duō)人认为(wèi)暗(àn)物质假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质(zhì)存在的其(qí)他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜最小的非负整数是多少数，最小的非负整数是什么意思”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年(nián)的(de)子(zi)弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们(men)大部分的(de)普(pǔ)通质量(liàng)都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际(jì)气体的(de)相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部(bù)分的(de)质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当(dāng)中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地(dì)看到(dào)很(hěn)多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了(le)什么(me)问题，而是这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是(shì)引力(lì)透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以(yǐ)当(dāng)人们对(duì)子弹星系团(tuán)观(guān)测的(de)时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在(zài)中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可(kě)被观(guān)测到(dào)的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的引力透镜研(yán)究也被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上(shàng)留下了各相同性的(de)微波辐射(shè)。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷(lěng)的(de)区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通过对前(qián)景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图(tú)像(xiàng)进行连(lián)通(tōng)域(yù)提取和标记之后发(fā)现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来(lái)不(bù)应该是这样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的(de)幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了(le)匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微(wēi)波(bō)背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们(men)需要(yào)的暗(àn)物质大约(yuē)是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用(yòng)了一个简(jiǎn最小的非负整数是多少数，最小的非负整数是什么意思)单的理论框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好地解(jiě)释了很多不同的(de)观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的(de)本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在(zài)着某种类型的(de)粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如(rú)果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于找到了暗(àn)物(wù)质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们(men)已经(jīng)提(tí)出了(le)数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒(lì)子(zi)所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经进行了(le)超过50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的(de)格(gé)兰(lán)萨索山(shān)，隶(lì)属(shǔ)于阿尔(ěr)卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉(mài)。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人(rén)们(men)发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在每年的(de)6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人(rén)类发(fā)现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银河系的方向是一(yī)致的(de)，而另外半年(nián)则(zé)与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这可(kě)以用来解释(shì)，研究人员们(men)所观测到(dào)的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的(de)情况，造成(chéng)这(zhè)种年度周期信(xìn)号的差(chà)异也可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这(zhè)里的季节(jié)与之前的实验(yàn)室(shì)正好相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一(yī)个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可以得到相同的信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在的非常(cháng)有力(lì)的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的(de)望远镜(jìng)，这(zhè)台(tái)太(tài)空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器(qì)提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途(tú)就是探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测(cè)的结(jié)果，我(wǒ)们(men)只能(néng)拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子(zi)天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的(de)一个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论得到进(jìn)一步(bù)的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的(de)效应创造(zào)生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的大前(qián)提是(shì)要先(xiān)找到暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动(dòng)力(lì)！

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