宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在(zài)科(kē)学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究(jiū)竟(jìng)是什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗(àn)物(wù)质存(cún)在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当(dāng)中进行(xíng)了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天(tiān)文学(xué)家们发(fā)现(xiàn)某些天(tiān)体运(yùn)行轨道(dào)出(chū)现异常，不符合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的(de)时(shí)候，他们就会(huì)知道，周围一(yī)定有未知(zhī)的天体通过(guò)引力在摄动它(tā)的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行(xíng)轨道(dào)的(de)异常，推(tuī)算并且(qiě)发现(xiàn)了海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定(dìng)律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都(dōu)是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和(hé)测量后(hòu)发星系(xì)团(tuán)的质量(liàng)。这是(shì)一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大(dà)星系团(tuán)，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质量一(yī)般(bān)会(huì)使用到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质(zhì)量的(de)范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测量星系(xì)团(tuán)中(zhōng)的(de)各个(gè)星(xīng)系相对于(yú)星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来(lái)之(zhī)后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的(de)质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快(kuài)得多(duō)，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生(shēng)的引力(lì)是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的(de)力量(liàng)在起作(zuò)用，这(zhè)种力(lì)量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们对这(zhè)样的(de)一种说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次(cì)出现。天文(wén)学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运(yùn)动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在(zài)其(qí)轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的(de)方法来解释(shì)暗物(wù)质(zhì)的存(cún)在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量(liàng)星系当(dāng)中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度(dù)并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的(de)运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个实(shí)际速度(dù)远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的(de)原因很可能(néng)就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的(de)引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来(lái)越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星(xīng)系当中(zhōng)暗(àn)物质的(de)质(zhì)量占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是(shì)唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现象的(de)原因。在一项新的研(yán)究(jiū)当(dāng)中，科(kē)学(xué)家们(men)发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度(dù)上的(de)微小差异。另外(wài)，天文学(xué)家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小(xiǎo)和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星(xīng)数(shù)量却只(zhǐ)有银(yín)河系(xì)的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但是科(kē)学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星(xīng)系(xì)中的恒(héng)星运动是可(kě)以用正常的物(wù)质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何(hé)星(xīng)系存(cún)在。造成这(zhè)些现象的(de)除(chú)了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就是(shì)人类(lèi)对引力的理解(jiě)还(hái)不够(gòu)全(quán)面，引(yǐn)力(lì)很可(kě)能在不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的(de)工作方(fāng)式(shì)是(shì)不同(tóng)的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们(men)所(suǒ)理解的(de)方式运动。但是上升到(dào)星系和星(xīng)团的(de)尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的(de)相互作用则是不(bù)同的方(fāng)式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的(de)相互(hù)作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在(zài)数百万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的质量之间(jiān)会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质(zhì)假(jiǎ)说(shuō)理论就此(cǐ)终(zhōng)结(jié)。但是(shì)在(zài)宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其(qí)他的(de)理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时候，星际(jì)气体的(de)相互(hù)作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所有这(zhè)些气体所在(zài)的中间区(qū)域。那(nà)么我们通过(guò)什么来验(yàn)证它(tā)的质量区域到底是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在照片中我们(men)可(kě)以明显地(dì)看到很多星系(xì)似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨(jù)大的(de)形(xíng)变。其实这些(xiē)星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什么(me)问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我们地(dì)球上的观(guān)测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身(shēn)后更遥远星系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对子(zi)弹(dàn)星系(xì)团观(guān)测的时候(hòu)，发现它的大(dà)质量(liàng)区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是(shì)当星(xīng)团发生全部(bù)的(de)碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两(liǎng)边形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红色的(de)部分(fēn)表示温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的(de)区域(yù)，但实际上它们之间的温差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域(yù)提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质(zhì)的5倍(bèi)。这(zhè)个(gè)数字与解释星系(xì)当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们(men)不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子的(de)存(cún)在，就相当(dāng)于(yú)找到了(le)暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的(de)目(mù)标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验(yàn)方(fāng)式(shì)也不相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了超过50次(cì)的(de)实(shí)验，却没有任何(hé)实(shí)质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实(shí)验室(shì)，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年(nián)的数(shù)据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事(shì)情。探测率会在每(měi)年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而且在(zài)20年当中每年都是一(yī)样。一(yī)些科学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么(me)暗(àn)物(wù)质(zhì)会产生周(zhōu)期(qī)性的(de)年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也(yě)在以这样的速度(dù)在穿(chuān)越(yuè)着暗物(wù)质流(liú)，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河(hé)系的方向是一(yī)致的(de)，而另外(wài)半年(nián)则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的(de)时(shí)候，地球与太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向正好达到完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的(de)时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测(cè)到(dào)的周期性信号。当然也(yě)可能(néng)有(yǒu)其(qí)他(tā)的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差异(yì)也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的(de)数量也符合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节(jié)与之前(qián)的实验(yàn)室(shì)正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个(gè)实验室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在(zài)的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应(yīng)的数据支(zhī)持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的(de)宽视场仪(yí)器提供的(de)视野是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一(yī)个(gè)关键的用(yòng)途(tú)就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体物(wù)理中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存(cún)在，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命(mìng)的(de)诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化(huà)的(de)一个重要一个人去巴基斯坦安全吗，中国人去巴基斯坦安全不因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进(jìn)一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些推论的(de)大前提(tí)是要先找到暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的(de)支持是我更新(xīn)的动力(lì)！

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