宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何(hé)会(huì)存在(zài)科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进行了超过50次的(de)长期(qī)实验，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证(zhèng)据(jù)。除(chú)了一(yī)个地方，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力(lì)定律，它(tā)揭示了(le)宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些(xiē)天体运行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符合万(wàn)有引力(lì)定律的时候，他们(men)就会(huì)知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶(yé)就(jiù)通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并(bìng)且发(fā)现了海王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是应(yīng)用万有引力定(dìng)律所(suǒ)取得重(zhòng)大(dà)天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是(shì)星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系(xì)团的质(zhì)量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果(guǒ)一致，就可(kě)以(yǐ)确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的(de)各个星系(xì)相对于星系团的运动(dòng)速度。当(dāng)测(cè)量结(jié)果出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不(bù)以可见光(guāng)的形(xíng)式(shì)所存在(zài)，我们(men)无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多(duō)星(xīng)系的速(sù)度比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系(xì)的质量所产生的(de)引力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们早(zǎo)就(jiù)应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外了(le)，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力(lì)量来(lái)源(yuán)于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它(tā)不(bù)发(fā)散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但是它们(men)却占据(jù)着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝(jué)大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们(men)对这(zhè)样的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的(de)运行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星(xīng)系当(dāng)中如(rú)果没(méi)有(yǒu)足够大的质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家们(men)会使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测(cè)量星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的(de)运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系(xì)聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在。科学家根据星(xīng)系(xì)外(wài)恒星轨道的速(sù)度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现速度上的(de)微(wēi)小差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离(lí)地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上，该(gāi)星系必(bì)须(xū)存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但是(shì)科学(xué)家(jiā)们(men)使用最先(xiān)进的(de)望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和(hé)力学定律来(lái)解(jiě)释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没有(yǒu)任何星系存(cún)在。造成这(zhè)些现象的除(chú)了暗(àn)物质(zhì)的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人(rén)类对引力(lì)的理解还不(bù)够全面，引力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度(dù)空(kōng)间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系(xì)团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的(de)是在数(shù)百万光(guāng)年的规模上，巨大的(de)质量之间会(huì)产生对彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要(yào)对(duì)现在(zài)的(de)物理(lǐ)定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还有关于暗(àn)物质存(cún)在的其他(tā)的理论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系(xì)团所(suǒ)组成，类似这样的星(xīng)团，它们(men)大部(bù)分的普通质量都在(zài)星系的(de)气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致温度(dù)的(de)急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大(dà)部(bù)分的质量将位于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通(tōng)过什么(me)来(lái)验证它的(de)质量(liàng)区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以明(míng)显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是(shì)真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光(guāng)都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天(tiān)体可能是超大(dà)质量的(de)黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测(cè)的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星(xīng)团(tuán)发生全(quán)部的(de)碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并在两边(biān)形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的(de)迄(qì)今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据(jù)。

除(chú)此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下(xià)了各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表示温(wēn)度(dù)较(jiào)高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷(lěng)的区(qū)域(yù)，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万(wàn)分之(zhī)一(yī)。

科学家(jiā)们(men)通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后(hòu)的二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们(men)需要的暗(àn)物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解释星系当(dāng)中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质比例(lì)是(shì)一致的(de)。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就(jiù)很好地解释了(le)很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类(lèi)型的粒(lì)子(zi)，它们不参(cān)与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引力来(lái)相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能够(gòu)找(zhǎo)到(dào)这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物(wù)质存在的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是(shì)什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年(nián)当中，人类为(wèi)了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常(cháng)规物质相互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家(jiā)们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何(hé)实质性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学实验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探(tàn)测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号(hào)。经过了20多(duō)年的数据(jù)收集，人们发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探(tàn)测(cè)率会(huì)在每(měi)年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样(yàng)。一些科学(xué)家(jiā)认为这可能是人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河(hé)系进行移(yí)动，那么(me)如果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的速(sù)度(dù)在穿越(yuè)着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的(de)方向正(zhèng)好(hǎo)达(dá)到(dào)完全(quán)一致(zhì)，这是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面(miàn)呈现了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到的(de)周(zhōu)期性(xìng)信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差(chà)异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意(yì)大利游客的数(shù)量也符(fú)合这个周期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这(zhè)里的季(jì)节(jié)与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流(liú)的(de)运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到相同的信(xìn)号(hào)，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无(wú)法提(tí)供相应(yīng)的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视(shì)场仪器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红外仪器的1不朽的意思00倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待了(le)。费(fèi)米实(shí)验室(shì)粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是生命进化(huà)的一个(gè)重要(yào)因素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某个角落的(de)行星(xīng)上，暗物(wù)质正(zhèng)在通(tōng)过这(zhè)样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到(dào)暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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