宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为(wèi)何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去(qù)的几(jǐ)十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的(de)长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证(zhèng)据。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学(xué)原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当(dāng)天文(wén)学(xué)家们发现某些(xiē)天体运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道(dào)出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们(men)就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知(zhī)的(de)天体通过引力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现(xiàn)了海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是(shì)应(yīng)用万有(yǒu)引力定(dìng)律所取得重大天文成就的(de)例(lì)子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在恒星系(xì)统的(de)尺度(dù)当(dāng)中，可(kě)当我(wǒ)们上升到星系或者是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量星系(xì)团的(de)质量一般(bān)会使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确(què)定其质量(liàng)的(de)范(fàn)围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要(yào)的数(shù)据(jù)是测量各个星系(xì)的光度。

第(dì)二(èr)种是动力(lì)学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的(de)各个星系相对于星系(xì)团的运动速度(dù)。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光(guāng)的形式(shì)所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的(de)过(guò)程中，兹威基发(fā)现星(xīng)系团中很多星系的速度(dù)比理论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质(zhì)量所产生的引(yǐn)力是无(wú)法将它(tā)们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于(yú)某种隐(yǐn)形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的(de)质(zhì)量。只是当时(shí)的(de)人们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来(lái)说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们(men)观测(cè)的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与中心距离(lí)的增加，恒星的(de)旋转速(sù)度(dù)几乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使(shǐ)用一(yī)种相对(duì)标准的(de)方法来(lái)解(jiě)释暗物质的(de)存(cún)在(zài)，这种方法就是测(cè)量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距(jù)离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物质的(de)力量进入(rù)其中。

于是(shì)科(kē)学家(jiā)们通过射电望远镜测量了(le)距离星系中心更(gèng)远距(jù)离的(de)氢元素，发(fā)现它(tā)们的旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力(lì)学(xué)定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的(de)第三(两斤大概有多重参照物，2斤有多重？sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速(sù)度应(yīng)该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论速(sù)度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我(wǒ)们(men)看(kàn)不(bù)到的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力(lì)效(xiào)应将星系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗物(wù)质的(de)质量占整个(gè)星(xīng)系质(zhì)量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因(yīn)。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差(chà)异(yì)。另外，天文学家还发现了(le)一(yī)个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿(yì)光年(nián)，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜对其进(jìn)行了(le)40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可(kě)以用正常的物质和力学(xué)定(dìng)律(lǜ)来(lái)解释(shì)的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也(yě)许该星系的暗物(wù)质，已经(jīng)被附(fù)近的(de)另一个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何(hé)星(xīng)系(xì)存在。造(zào)成(chéng)这些现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说之(zhī)外，另(lìng)一种可(kě)能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在(zài)不(bù)同尺度空间中的工作(zuò)方(fāng)式是(shì)不同(tóng)的(de)，这意(yì)味着在(zài)行星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会(huì)沿着它们(men)的轨道，按照我们(men)所理解的(de)方式(shì)运动。但(dàn)是上升到(dào)星系(xì)和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互作(zuò)用则是不同的方(fāng)式。对于在星(xīng)系团(tuán)之间的相互作用，科学家(jiā)还引入(rù)了外部场效(xiào)应的(de)概念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的(de)质量之间会(huì)产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味(wèi)着我(wǒ)们(men)需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物(wù)质存在的(de)其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所没法解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞的(de)星系(xì)团所组成(chéng)，类似(shì)这(zhè)样(yàng)的星(xīng)团，它(tā)们(men)大部分的(de)普通质(zhì)量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候(hòu)，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质(zhì)量(liàng)将位于所有(yǒu)这(zhè)些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过(guò)什(shén)么来(lái)验证它的质(zhì)量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨大(dà)的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的(de)被(bèi)扭曲(qū)了(le)，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨(jù)大(dà)的天(tiān)体可能是超大质量的(de)黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观(guān)测的时候(hòu)，发现它的(de)大(dà)质量(liàng)区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可(kě)见(jiàn)光终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其(qí)中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高的(de)区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间的(de)温(wēn)差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过(guò)对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记(jì)之(zhī)后发(fā)现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这(zhè)样的(de)，而(ér)随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们(men)需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解(jiě)释了很多不同的观(guān)测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了(le)暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么(me)？科学家们已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要寻(xún)找这些不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规(guī)物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行(xíng)了(le)超过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的(de)地(dì)学(xué)实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收(shōu)集，人(rén)们发现了(le)一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年(nián)都是一样。一些科(kē)学家认为这可能是(shì)人(rén)类(lèi)发(fā)现暗(àn)物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系(xì)正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也在以这样的(de)速度(dù)在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度(dù)围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕(rào)太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)与太(tài)阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段(duàn)。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了(le)最(zuì)慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系(xì)的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此科两斤大概有多重参照物，2斤有多重？(kē)学家认为这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的(de)情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度(dù)周期信(xìn)号(hào)的差异(yì)也可能(néng)是(shì)温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意(yì)大利(lì)游客的数量也符合这个(gè)周期(qī)的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在(zài)南半球建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之(zhī)前(qián)的实(shí)验室正好相反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗物(wù)质流的运动特征(zhēng)和第(dì)一个实验(yàn)室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗(àn)物质所(suǒ)存在的非常有力的(de)证据了(le)。但是由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无法提供相(xiāng)应的数据(jù)支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的(de)宽视场仪器提(tí)供的视野是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的(de)科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着(zhe)人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样(yàng)的(de)效(xiào)应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的实际证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是我更(gèng)新的动力！

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