宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次(cì)的长期实(shí)验，但是(shì)却(què)没(méi)有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个(gè)地方，在(zài)1687年(nián)出版的自(zì)然(rán)哲学(xué)数学(xué)原理一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就(jiù)会(huì)知道(dào)，周围一定有未知的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并(bìng)且发(fā)现了海王星的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王(wáng)星的(de)发(fā)现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例(lì)子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发(fā)星系(xì)团的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以确(què)定其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学的质量"，需(xū)要的(de)数据是测量各个(gè)星系的(de)光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的(de)计算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星(xīng)系团(tuán)中的(de)各个星(xīng)系相对于(yú)星系(xì)团的运动速度(dù)。当(dāng)测量(liàng)结果出(chū)来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见(jiàn)光的形式(shì)所存(cún)在，我们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产(chǎn)生的(de)引力(lì)是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就(jiù)应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是(shì)它(tā)们却占据着宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人们对(duì)这(zhè)样(yàng)的一种说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才再一次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是(shì)他(tā)们观测(cè)的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎(hū)保持不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有足(zú)够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科(kē)学(xué)家们会使用(yòng)一种相对标准的(de)方法来解释(shì)暗物(wù)质的存(cún)在(zài)，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通(tōng)过射(shè)电望(wàng)远镜测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学(xué)定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不例(lì)外，太(tài)阳(yáng)系位(wèi)于(yú)银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系(xì)中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根(gēn)据(jù)万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上(shàng)，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实(shí)际速度远远大于理(lǐ)论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就(jiù)是存在着一种我们看(kàn)不到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越来(lái)越多的研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质(zhì)的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系(xì)当中暗物(wù)质(zhì)的质(zhì)量占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银河系(xì)不多，但是(shì)星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一(yī)。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析(xī)。但(dàn)是科学(xué)家(jiā)们(men)使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常(cháng)的物(wù)质和(hé)力(lì)学定律来解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近的(de)另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附(fù)近(jìn)没有任何星系(xì)存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的(de)假说之外(wài)，另一种可(kě)能就(jiù)是人(rén)类对引力的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在行(xíng)星(xīng)系尺度(dù)中(zhōng)的天体会(huì)沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解(jiě)的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则(zé)是(shì)不同的(de)方式。对于在(zài)星系(xì)团(tuán)之(zhī)间(jiān)的相互(hù)作用，科学家还(hái)引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物(wù)理定律进(jìn)行(xíng)修正，这些(xiē)发现也(yě)让很(hěn)多(duō)人认为(wèi)暗(àn)物质(zhì)假说理(lǐ)论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成，类似(shì)这样的(de)星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星系的(de)气(qì)体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会(huì)导致(zhì)温度的急(jí)剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的(de)质量将位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验(yàn)证它的质(zhì绿豆汤的热量是多少大卡)量(liàng)区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其(qí)实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上(shàng)的观测(cè)者之间。被一(yī)个(gè)质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可(kě)能是(shì)超大质量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星(xīng)系(xì)团观测的时候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区(qū)域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解释(shì)方法就是当星团(tuán)发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的(de)质(zhì)量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边(biān)形成了引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力(lì)透镜(jìng)研究(jiū)也被(bèi)认(rèn)为是暗物质(zhì)存在的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最(zuì)古老的(de)光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通(tōng)过对前(qián)景背(bèi)景(jǐng)分离后的二(èr)值图(tú)像进行(xíng)连(lián)通(tōng)域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起来不(bù)应该是这(zhè)样(yàng)的(de)，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物质大约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个(gè)数字与解释星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗物质比例是(shì)一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单绿豆汤的热量是多少大卡的(de)理论(lùn)框架，就很好地(dì)解释了(le)很多不同的(de)观(guān)测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙(zhòu)当中(zhōng)存(cún)在着(zhe)某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何(hé)其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果能够(gòu)找到(dào)这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们(men)已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需(xū)要的实(shí)验方式也不相同(tóng)。在过去(qù)的几十(shí)年当(dāng)中，人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们(men)已经进(jìn)行了(le)超过50次的实验，却(què)没有任何实(shí)质性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意(yì)大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大(dà)的地(dì)学实验室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观(guān)测(cè)到(dào)了某(mǒu)种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了(le)一(yī)个(gè)有趣的事(shì)情。探测率会(huì)在(zài)每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而(ér)且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可(kě)能是(shì)人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个(gè)过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年(nián)的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河(hé)系的方向是一致(zhì)的，而另外(wài)半年则(zé)与(yǔ)之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快(kuài)的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这(zhè)并不(bù)影响这(zhè)个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这(zhè)种年度(dù)周期信号的(de)差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的(de)数(shù)量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了(le)一个几乎相(xiāng)同(tóng)的实验(yàn)室(shì)，这里的季节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存(cún)在的非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还(hái)无(wú)法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台(tái)新的(de)望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关(guān)键的用途(tú)就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体物(wù)理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特(tè)芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是(shì)生命(mìng)进化的一(yī)个重要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进一步的证实(shí)，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会(huì)不会(huì)意味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某个(gè)角落(luò)的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到(dào)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉(jué)得(dé)暗物质到底存(cún)不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是我更新的(de)动力！

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