宇(yǔ)宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证据，科学家(jiā)们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了(le)一个地(dì)方，在(zài)1687年(nián)出版的自(zì)然哲学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天(tiān)文学(xué)家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的(de)异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的(de)发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们(men)上升到星系或(huò)者是星(xīng)团的(de)尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研究(jiū)和(hé)测(cè)量后(hòu)发星(xīng)系团的(de)质量。这是(shì)一(yī)个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致(zhì)，就可(kě)以确定其质量(liàng)的(de)范围。

第(dì)一种是获(huò)得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度(dù)。

第二(èr)种是动力(lì)学质量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的(de)质量消失(shī)了(le)，或者说这(zhè)99%的(de)质量并(bìng)不以可见光的(de)形式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系团中很多星(xīng)系的速度(dù)比理论上要(yào)快(kuài)得多(duō)，按照牛(niú)顿的(de)运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些(xiē)可见星系的(de)质量所产生(shēng)的引(yǐn)力是(shì)无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于(yú)某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出(chū)了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的(de)恒星在(zài)其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他(tā)们观测(cè)的结(jié)果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法就是测量星系(xì)当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们(men)通过射(shè)电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它(tā)们的(de)旋转速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不(bù)例外(wài)，太阳(yáng)系(xì)位于银(yín)河系(xì)的(de)第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕银(yín)河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么(me)产生以上这种向心加速度的原因很可能(néng)就是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力(lì)效应(yīng)将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家根据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗物(wù)质(zhì)的质量(liàng)占(zhàn)整个(gè)星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在(zài)一项(xiàng)新的(de)研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异(yì)。另(lìng)外(wài)，天(tiān)文学家还发现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不(bù)多，但是(shì)星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必(bì)须存在暗(àn)物(wù)质(zhì)，否则就会(huì)分(fēn)崩离析(xī)。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个(gè)小时(shí)的详细(xì)测量之(zhī)后，发(fā)现星系中的恒(héng)星运动是可(kě)以用(yòng)正常的物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提(tí)出，也(yě)许该星系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个(gè)大星系剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星系(xì)存(cún)在。造成这些现象的除(chú)了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一种可(kě)能就是(shì)人类对引(yǐn)力(lì)的理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力(lì)很(hěn)可能在不同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方式是不同(tóng)的，这意(yì)味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是(shì)上升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的(de)相互作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的(de)相(xiāng)互作用，科学家还引入了(le)外部场效应(yīng)的概念，指的(de)是在数百(bǎi)万光年的(de)规(guī)模上(shàng)，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现在的(de)物理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发(fā)现也让很多人(rén)认为暗(àn)物质(zhì)假说理(lǐ)论就此终结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光(guāng)年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似这样的星团(tuán)，它(tā)们大部分(fēn)的普通(tōng)质量都在星系(xì)的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度(dù)的急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那(nà)么(me)我们通过什么来验证它的(de)质量区域到(dào)底是不是(shì)集(jí)中(zhōng)在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片中(zhōng)我(wǒ)们可以明(míng)显地看(kàn)到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了(le)什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的(de)天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大(dà)的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系的(de)光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)3尺是多少厘米，3尺3是多少厘米当人们对子(zi)弹星(xīng)系团观测的时(shí)候，发(fā)现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的(de)质量(liàng)气(qì)体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这(zhè)个(gè)区域，并在两边形(xíng)成了(le)引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也(yě)被(bèi)认为是(shì)暗物质(zhì)存在(zài)的(de)迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇(yǔ)宙空间(jiān)背(bèi)景上留下(xià)了(le)各相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其中红色的(de)部分表示(shì)温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一(yī)。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提(tí)取和标记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的(de)，而(ér)随着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测(cè)量(liàng)值(zhí)，我们(men)需要的(de)暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解(jiě)释了很多不(bù)同的(de)观测结果。而暗(àn)物(wù)质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它(tā)们不参(cān)与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力(lì)来(lái)相互(hù)作用(yòng)。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到(dào)这种粒(lì)子的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学家(jiā)们已经提出(chū)了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要的实(shí)验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经进行了超过50次(cì)的(de)实(shí)验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性的(de)发现，除了一个(gè)地(dì)方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大的地学(xué)实验室(shì)，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周(zhōu)期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的(de)科(kē)学家声称(chēng)观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年的数据(jù)收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在(zài)11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家认(rèn)为这可(kě)能是人类发现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银(yín)河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着(zhe)我们也(yě)在以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳(yáng)环绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的(de)，而(ér)另(lìng)外半年(nián)则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地(dì)球穿越(yuè)暗物质流最快的时(shí)段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际(jì)的(de)情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是(shì)这(zhè)并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解(jiě)释(shì)，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到的周期(qī)性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周(zhōu)期信(xìn)号(hào)的差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数(shù)量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以(yǐ)，科(kē)学家们又在(zài)南半(bàn)球建(jiàn)立了一个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的(de)实(shí)验室(shì)正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过(guò)暗(àn)物质流的运(yùn)动特征和(hé)第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有力(lì)的(de)证据了(le)。但(dàn)是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所(su3尺是多少厘米，3尺3是多少厘米ǒ)以截至目前还(hái)无(wú)法提供相应的(de)数据(jù)支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的(de)望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是(shì)哈(hā)勃红外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其中一个(gè)关(guān)键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持(chí)宇宙(zhòu)当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进一步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这样的效(xiào)应(yīng)创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的(de)大前提(tí)是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你(nǐ)们(men)觉得暗(àn)物质到底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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