宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存(cún)在的(de)证(zhèng)据，科学家们在(zài)过去的几十(shí)年(nián)当中进行了(le)超过(guò)50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规(guī)律。往后的几百年来(lái)，当天文(wén)学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的(de)时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重大(dà)天文成就的例子。但是这些(xiē)发(fā)现(xiàn)都是在(zài)恒星(xīng)系统的(de)尺度(dù)当中，可当我们上升到(dào)星(xīng)系或者(zhě)是星团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理(lǐ)学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个(gè)由(yóu)数千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团的(de)质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确(què)定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质(zhì)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(zhì)量的(de)计算(suàn)，是利用光谱红移测(cè)量星系(xì)团中的各个星系(xì)相对于星(xīng)系团的运动速(sù)度。当测量结(jié)果(guǒ)出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不以可(kě)见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质(zhì)量所(suǒ)产(chǎn)生的引力(lì)是无(wú)法将(jiāng)它们(men)束缚在星系团内的(de)，它们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)力量(liàng)在(zài)起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光(guāng)，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是当时的人们对这(zhè)样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观(guān)测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的结果却让(ràng)人感到不(bù)可思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距(jù)离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的(de)万有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一种相对(duì)标(biāo)准的方(fāng)法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于(yú)是科学(xué)家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星(xīng)系(xì)中心(xīn)更远距离的氢(qīng)元素，发现它(tā)们的旋转速(sù)度并不(bù)符合牛顿的力学(xué)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臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系(xì)的(de)运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加(jiā)速(sù)度的原因很可能就(jiù)是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不(bù)到的物(wù)质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效(xiào)应(yīng)将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质的存在。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在(zài)星系当中暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这(zhè)个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星(xīng)系当中存(cún)在的(de)恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细(xì)测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有人提(tí)出，也许该星系的(de)暗物(wù)质，已(yǐ)经(jīng)被附近的(de)另一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引力的理解还(hái)不(bù)够全(quán)面，引力(lì)很可能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作(zuò)方式(shì)是不同(tóng)的(de)，这(zhè)意味着在(zài)行星系(xì)尺(chǐ)度中的(de)天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运动。但(dàn)是上升到(dào)星系(xì)和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用则是(shì)不(bù)同(tóng)的方式。对于在(zài)星系团之间的相互作(zuò)用，科(kē)学家还引入了外部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的(de)是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们(men)需要对现在(zài)的物理定(dìng)律进行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存在的其(qí)他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它们大(dà)部(bù)分的普(pǔ)通质(zhì)量都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于(yú)所有这些气体所在(zài)的中间(jiān)区域(yù)。那(nà)么(me)我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的(de)被(bèi)扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了(le)什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们(men)地球(qiú)上的观测(cè)者之间。被(bèi)一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力(lì)，会(huì)使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星(xīng)系(xì)的(de)光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体可(kě)能是超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对(duì)子弹星系团观(guān)测的(de)时(shí)候，发现它(tā)的大(dà)质量区(qū)域(yù)并不是在中间(jiān)，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域(yù)，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄(qì)今为止最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来(lái)自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过(guò)了130多(duō)亿年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景上留(liú)下(xià)了各相同性(xìng)的(de)微波辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的(de)区(qū)域，但实(shí)际(jì)上它们之间的(de)温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家(jiā)们通(tōng)过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图像进行连(lián)通域(yù)提取(qǔ)和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是这样的(de)，而随着暗(àn)物(wù)质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需(xū)要(yào)的暗(àn)物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要(yào)的暗物质(zhì)比例是(shì)一致的(de)。这就(jiù)意(yì)味着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结(jié)果。而(ér)暗物质(zhì)的本(běn)质(zhì)就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到这种粒子(zi)的存在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些(xiē)不(bù)同的目(mù)标粒子所需要的实验方(fāng)式(shì)也不相同。在(zài)过去的几十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经(jīng)进行了(le)超过50次的(de)实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实(shí)质(zhì)性(xìng)的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑(bēi)斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地(dì)学实验室(shì)，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的(de)探测器，一直致区位条件要从哪些方面分析学校，区位条件要从哪些方面分析出来力于(yú)寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多年的数据收(shōu)集(jí)，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可能是人(rén)类发现暗物(wù)质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么(me)暗(àn)物质会(huì)产生周期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)，这意味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系的(de)方向是一致的，而另(lìng)外半(bàn)年则与之相反。

而(ér)在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是(shì)这并不(bù)影响这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到(dào)的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造(zào)成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的(de)数量也符合这(zhè)个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季(jì)节与之前的实(shí)验室(shì)正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗(àn)物(wù)质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是(shì)由于这(zhè)个(gè)实验室刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目(mù)前还无法提供相应的数据支持(chí)。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器(qì)提供(gōng)的视(shì)野是(shì)哈(hā)勃(bó)红(hóng)外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一(yī)个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后(hòu)的(de)奥秘，对(duì)于(yú)探(tàn)测(cè)的(de)结(jié)果，我们(men)只能(néng)拭目以待了(le)。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的(de)效应(yīng)，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化(huà)的一个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进(jìn)一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创(chuàng)造(zào)生(shēng)命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先(xiān)找到(dào)暗物质存在的(de)实际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支(zhī)持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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