宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何会(huì)存在科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是什(shén)么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学(xué)家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验(yàn)，但(dàn)是却没(méi)有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数学原理一书中，埃(āi)萨(sà)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。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天(tiān)文(wén)学家们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一(yī)定有未知的天(tiān)体通过引力在摄(shè)动它(tā)的轨(guǐ)道(dào)。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且(qiě)发现(xiàn)了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力(lì)定律所取(qǔ)得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到(dào)星系或(huò)者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一个(gè)由(yóu)数(shù)千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的质量一(yī)般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是(shì)利(lì)用光(guāng)谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的(de)是，在测(cè)量速度(dù)的(de)过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速度比理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在(zài)星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在(zài)起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人(rén)们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星(xīng)在其轨(guǐ)道上的(de)运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方法来(lái)解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就(jiù)是测量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴上距离星系(xì)中心的(de)距离，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢(qīng)元素(sù)，发现它(tā)们的旋转速度并(bìng)不(bù)符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳系位于银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳(yáng)系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际(jì)速(sù)度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是(shì)存(cún)在着(zhe)一(yī)种我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这(zhè)些(xiē)暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越多的(de)研(yán)究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系(xì)外恒星轨道(dào)的速度，估算在(zài)星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一(yī)项新的研究(jiū)当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上(shàng)的微小差异(yì)。另(lìng)外，天文学家(jiā)还(hái)发现了一个反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近的另一(yī)个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存(cún)在(zài)。造(zào)成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物(wù)质的假说之外，另一种可(kě)能就(jiù)是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的工作(zuò)方式(shì)是不(bù)同的(de)，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的(de)天体会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是(shì)不同的(de)方式。对于在(zài)星系(xì)团之(zhī)间的(de)相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是(shì)在数(shù)百万(wàn)光年的(de)规模上，巨(jù)大的质量之间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多(duō)人认(rèn)为暗(àn)物(wù)质假说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)，类(lèi)似(shì)这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的气(qì)体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的(de)时(shí)候(hòu)，星(xīng)际气体的相互作用就会(huì)导致(zhì)温(wēn)度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大(dà)部(bù)分的质量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那(nà)么(me)我们通过什么来(lái)验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到(dào)很多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其(qí)实这些(xiē)星(xīng)系本(běn)身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出(chū)了什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们(men)地球上的观测(cè)者之(zhī)间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是(shì)引(yǐn)力(lì)透镜效应(yīng)。这个巨大的(de)天体可能(néng)是超(chāo)大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测(cè)的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解(jiě)释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹(dàn)星系(xì)团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗物质存(cún)在的(de)迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后的(de)二值图像进行连通(tōng)域(yù)提取(qǔ)和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物质大约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个(gè)数(shù)字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的(de)暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多(duō)不同(tóng)的观测结果。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它(tā)们不参与任何其他的电(diàn)磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相(xiāng)互(hù)作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子(zi)的存在(zài)，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么(me)？科学家们已经提(tí)出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也(yě)不(bù)相同(tóng)。在(zài)过去的几十(shí)年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却没有任何(hé)实质性的发(fā)现(xiàn)，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在每年的(de)6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一些科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这可能是人类(lèi)发(fā)现暗物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为(wèi)什(shén)么(me)暗(àn)物质会产生(shēng)周期(qī)性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了(le)太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕着银河(hé)系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味(wèi)着(zhe)我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿(chuān)越(yuè)着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的(de)方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而(ér)另外半年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银(yín)河(hé)系的(de)平(píng)面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论(lùn)的(de)有效性。

因此科学(xué)家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观(guān)测到的(de)周期性信号。当然也头发剪了后悔了大概多久能长回来，3天头发长10厘米秘诀可(kě)能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也(yě)符(fú)合这(zhè)个周期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又在南(nán)半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室(shì)，这(zhè)里的(de)季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里(lǐ)，地(dì)球穿(chuān)过(guò)暗(àn)物(wù)质流的运动特征和第一个(gè)实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同(tóng)的信(xìn)号(hào)，就可(kě)以成为暗物(wù)质(zhì)所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以截(jié)至目前(qián)还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用(yòng)途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的(de)奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心(xīn)的(de)科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持(chí)宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一(yī)个重要(yào)因素(sù)。

如果这一(yī)理论得(dé)到进一(yī)步的(de)证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意(yì)味着人类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在(zài)通过(guò)这(zhè)样的(de)效应创造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的(de)大(dà)前提是要先找到暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们(men)觉得暗(àn)物质(zhì)到(dào)底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新的(de)动力！

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