宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制(zhì)造(zào)”的？为何(hé)会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效(xiào)证据。除了(le)一(yī)个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了(le)万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律，它揭示(shì)了(le)宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不(bù)符合(hé)万有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄(shè)动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所(suǒ)取(qǔ)得重大(dà)天文成就的例(lì)子。但是(shì)这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研(yán)究和测量后(hòu)发(fā)星(xīng)系团(tuán)的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测(cè)量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速(sù)度(dù)。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度(dù)比理论上要(yào)快得(dé)多(duō)，按照(zhào)牛(niú)顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无法将(jiāng)它们束(shù)缚在(zài)星系团内的，它们(men)早就(jiù)应(yīng)该被(bèi)抛出星系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力量在起作(zuò)用，这(zhè)种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基(jī)提出了(le)这样(yàng)部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部(bù)分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观(guān)测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的(de)恒(héng)星运(yùn)动(dòng)。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒(héng)星(xīng)在其(qí)轨道上的(de)运行速度(dù)就会(huì)越慢。但是(shì)他们(men)观(guān)测的结果却让(ràng)人(rén)感到(dào)不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速(sù)度(dù)几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没(méi)有足够大的(de)质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些外(wài)围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家们(men)会使用(yòng)一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物质的存(cún)在，这种方法就是(shì)测量星(xīng)系当中气(qì)体在(zài)X轴上(shàng)距离星系中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异(yì)常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是(shì)科(kē)学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测(cè)量了距(jù)离星系中(zhōng)心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律进行计(jì)算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个(gè)实(shí)际(jì)速(sù)度远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加(jiā)速(sù)度(dù)的原因很(hěn)可能就是存在着(zhe)一(yī)种我们看不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来越多的研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的(de)质(zhì)量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎(hū)没有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还(hái)发现了一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和(hé)银河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中存(cún)在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的(de)物(wù)质和(hé)力学定律(lǜ)来解释的(de)。那么(me)又有人提(tí)出，也(yě)许该星系的(de)暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是(shì)，它的附近(jìn)没有任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物(wù)质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的(de)理解还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和(hé)星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星(xīng)系团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨(jù)大(dà)的(de)质量之(zhī)间(jiān)会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗物(wù)质假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的(de)星系(xì)团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时(shí)发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的(de)相互作(zuò)用就会(huì)导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子(zi)弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质(zhì)量将位于(yú)所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的中间(jiān)区域(yù)。那么(me)我们通过什么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底是不是集中在(zài)中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其实这些星(xīng)系(xì)本身并不是(shì)真的(de)被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球上的观测者(zhě)之(zhī)间(jiān)。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大(dà)质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大(dà)质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是(shì)在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所(suǒ)以(yǐ)最好的(de)解释方(fāng)法就(jiù)是当星团(tuán)发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在(zài)两边形(xíng)成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是(shì)暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光(guāng)终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿(yì)年(nián)之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了(le)各相同性(xìng)的(de)微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区(qū)域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前(qián)景背(bèi)景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应(yīng)该(gāi)是这样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增(zēng)加，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射(shè)的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗(àn)物(wù)质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与(yǔ)解释星系(xì)当(dāng)中恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗(àn)物(wù)质比(bǐ)例是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了(le)一个简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果(guǒ)能够(gòu)找到这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子(zi)的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的(de)实际证据(jù)。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么(me)？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十种的(de)假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而(ér)要寻(xún)找这些(xiē)不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需(xū)要的实验(yàn)方式也不(bù)相(xiāng)同(tóng)。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的数(shù)据收集，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣的(de)事情。探测率会(huì)在(zài)每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在(zài)20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家认为这(zhè)可(kě)能(néng)是(shì)人类发现暗物质(zhì)的第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生(shē一亿等于多少千万人民币，一亿等于多少千万？1亿等于一亿等于多少千万人民币，一亿等于多少千万？1亿等于多少百万多少百万ng)周期性的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕(rào)银(yín)河系(xì)的(de)方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流(liú)最快的(de)时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际(jì)的(de)情况中，太(tài)阳系(xì)相对银河(hé)系的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可(kě)能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度(dù)周期信号的差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游客(kè)的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实(shí)验(yàn)室，这里的季节(jié)与(yǔ)之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一(yī)个实验(yàn)室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就可(kě)以(yǐ)成(chéng)为(wèi)暗物(wù)质所存在的非常有力的(de)证据了。但是(shì)由于这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截(jié)至目前还(hái)无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的(de)用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能(néng)拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科(kē)学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们极有可(kě)能拥有(yǒu)另(lìng)一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的(de)证实，那(nà)么遍(biàn)布宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中的暗(àn)物(wù)质会不会意(yì)味着(zhe)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(zhèng)在(zài)通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前提是(shì)要先(xiān)找到(dào)暗(àn)物质存在的(de)实际证据。那(nà)么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更新的动力！

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