宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会存(cún)在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据(jù)，科学家们在过去(qù)的(de)几十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次(cì)的长(zhǎng)期实(shí)验，但(dàn)是(shì)却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的(de)几(jǐ)百年来，当天文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运行轨道(dào)的(de)异常，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取(qǔ)得(dé)重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在(zài)恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星(xīng)系(xì)团的质量(liàng)。这是(shì)一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系(xì)被引(yǐn)力束(shù)缚(fù)在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度(dù)学(xué)的质量"，需要的(de)数据(jù)是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利(lì)用光(guāng)谱红移(yí)测量星系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的(de)运(yùn)动速(sù)度。当测(cè)量结果出(chū)来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形(xíng)式(shì)所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星(xīng)系团中很多星系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可(kě)见星(xīng)系的质量(liàng)所(suǒ)产(chǎn)生的(de)引力是(shì)无法将它(tā)们(men)束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除非有一(yī)种神秘的力(lì)量在(zài)起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部(bù)分不可见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们经常对视会产生好感吗，异性经常对视会增加好感'color: #ff0000; line-height: 24px;'>经常对视会产生好感吗，异性经常对视会增加好感(men)却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝(jué)大(dà)部分的质量。只是当(dāng)时的人们对(duì)这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次(cì)出(chū)现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观(guān)测(cè)仙(xiān)女座星系(xì)中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离(lí)中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运(yùn)行速度(dù)就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观(guān)测的结果却让(ràng)人感到不(bù)可思议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离(lí)的(de)增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持(chí)不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿(dùn)的万有引力(lì)定律，在星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对(duì)标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物(wù)质(zhì)的存在(zài)，这种方法就是(shì)测量星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们(men)的太阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系(xì)位于银(yín)河(hé)系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系(xì)旋(xuán)转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度(dù)的原因很(hěn)可能就是(shì)存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是从这时(shí)开(kāi)始，越来越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上的(de)微小差异。另(lìng)外，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河(hé)系不多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在的(de)恒星数量(liàng)却只有银河系(xì)的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的(de)望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动(dòng)是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质(zhì)和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的(de)相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的规(guī)模(mó)上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物(wù)理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还(hái)有关于暗物(wù)质存(cún)在的其(qí)他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没(méi)法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气体(tǐ)的(de)相互(hù)作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分(fēn)的质(zhì)量(liàng)将位于所有这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验证(zhèng)它的(de)质量区域到底是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可(kě)以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些(xiē)星系(xì)本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什(shén)么问题(tí)，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大(dà)质量(liàng)的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应。这个(gè)巨(jù)大(dà)的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人们对(duì)子弹星系团(tuán)观(guān)测的时候，发现它(tā)的大(dà)质量区域并不是在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法就是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通(tōng)过了这个区域，并在两边(biān)形成(chéng)了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究(jiū)也被认为是(shì)暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为(wèi)止最好的(de)理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之(zhī)后(hòu)，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些(xiē)光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的(de)微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的(de)温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行(xíng)连(lián)通域提取和标记之(zhī)后发现，如(rú)果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而(ér)随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单(dān)的理(lǐ)论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的(de)观测结(jié)果。而(ér)暗(àn)物质的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存(cún)在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找到了(le)暗物(wù)质(zhì)存在的(de)实际证据。这种粒(lì)子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标(biāo)粒子(zi)所需要的实验方式也(yě)不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了(le)寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大(dà)利的(de)格(gé)兰萨索山(shān)，隶(lì)属(shǔ)于(yú)阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家(jiā)声称(chēng)观测到了(le)某种信号(hào)。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可(kě)能(néng)是人类发现暗物质(zhì)的第一个(gè)直接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河系进行移(yí)动，那么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速度(dù)在穿越着暗(àn)物质流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河(hé)系的方向(xiàng)是一致的(de)，而另外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可以用来解释，研(yán)究(jiū)人员们所观测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造(zào)成(chéng)这种年度周期(qī)信号的差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这个(gè)周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了(le)一(yī)个几(jǐ)乎相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物(wù)质流的运动特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在(zài)这里可(kě)以(yǐ)得(dé)到(dào)相(xiāng)同的信(xìn)号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质所存(cún)在(zài)的非常有(yǒu)力(lì)的(de)证据(jù)了。但是由于这(zhè)个(gè)实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗(àn)物质存(cún)在(zài)，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物(wù)质(zhì)效应(yīng)，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物(wù)质(zhì)会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的(de)行星上(shàng)，暗物质正在通过这(zhè)样的效应(yīng)创造(zào)生(shēng)命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗物质存(cún)在(zài)的实际(jì)证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力(lì)！

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