宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发(fā)现(xiàn)都是(shì)应用万有引力(lì)定律所取(qǔ)得(dé)重大天文成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们(men)上升(shēng)到星(xīng)系(xì)或者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由(yóu)数千(qiān)个星系(xì)所组成的(de)巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系(xì)的(de)光(guāng)度(dù)。

第二(èr)种是动力学质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光的形(xíng)式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的(de)速(sù)度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生的引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在(zài)星系团(tuán)内的(de)，它们早就应该(gāi)被抛出(chū)星系团之外了，除(chú)非有一种神(shén)秘的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部(bù)分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这(zhè)样的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢(màn)。但(dàn)是他们(men)观测的结果(guǒ)却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如果没(méi)有足(zú)够(gòu)大(dà)的质(zhì)量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于(yú)这(zhè)种现(xiàn)象，科学(xué)家们会(huì)使用(yòng)一(yī)种(zhǒng)相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系(xì)中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)。如果出(chū)现异(yì)常(cháng)的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素(sù)，发(fā)现它们的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系中心2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速(sù)度(dù)，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在(zài)着一种我(wǒ)们看不(bù)到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是(shì)从这时(shí)开始，越来越多的研(yán)究人员开始相信(xìn)暗(àn)物质(zhì)的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度(dù)，估算在(zài)星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一(yī)项新的(de)研究当中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现外国人那方面确实很厉害吗，嫁给外国人会不会撑坏速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银(yín)河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的(de)物质和(hé)力学定律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些现象的除(chú)了(le)暗(àn)物质(zhì)的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引力的(de)理解还不(bù)够全面，引力很可能(néng)在不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作方式是不同的，这意(yì)味着(zhe)在(zài)行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的(de)概(gài)念，指的是在(zài)数(shù)百万光年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意(yì)味着我们需要(yào)对现在的物(wù)理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很(hěn)多(duō)人(rén)认为(wèi)暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是(shì)在(zài)宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的(de)其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样(yàng)的(de)星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量区(qū)域到底是(shì)不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太(tài)空望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到(dào)很多星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本(běn)身并不是(shì)真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上(shàng)的(de)观测者之(zhī)间(jiān)。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都发(fā)生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大的(de)天体可能(néng)是超大质量的黑洞或(huò)者是暗(àn)物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并(bìng)不是在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星(xīng)团发(fā)生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的(de)迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于(yú)可以畅通(tōng)无(wú)阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了(le)。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连通(tōng)域提取和标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射的测量值，我们(men)需要(yào)的暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好(hǎo)地解释了(le)很多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗(àn)物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他(tā)的(de)电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到(dào)这(zhè)种粒(lì)子的(de)存在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是(shì)什么？科学家们已经提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子(zi)所需(xū)要(yào)的实(shí)验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学(xué)家(jiā)们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任何实质(zhì)性的(de)发现，除了(le)一个地方，意(yì)大利的(de)格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼高的探(tàn)测(cè)器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年(nián)都是(shì)一样。一(yī)些科学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可能是人类(lèi)发现暗物(wù)质(zhì)的第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为(wèi)什(shén)么暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我们也在以这样(yàng)的速(sù)度在穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生(shēng)相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一(yī)致的，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈(chéng)现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释，研究人员们(men)所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山(shān)上的(de)积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的实验室，这(zhè)里的季(jì)节与(yǔ)之前的(de)实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得(dé)到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗(àn)物(wù)质(zhì)所存在的非常有(yǒu)力的(de)证据了。但是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无法(fǎ)提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就(jiù)是探索暗(àn)物质背后的(de)奥(ào)秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体物理(lǐ)中(zhōng)心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在(zài)，它们(men)极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的一(yī)个(gè)重要因(yīn)素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的(de)暗物质会不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物(wù)质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前(qián)提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存在的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们(men)觉(jué)得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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