宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存(cún)在的证据，科学(xué)家们在过去的几十(shí)年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却(què)没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据(jù)。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合(hé)万有引力定(dìng)律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道(dào)。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推算(suàn)并且发(fā)现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大天文(wén)成就的例子(zi)。但(dàn)是这些发现都(dōu)是(shì)在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中(zhōng)，可(kě)当我(wǒ)们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和(hé)测量后(hòu)发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是(shì)一个由数千(qiān)个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致(zhì)，就(jiù)可(kě)以确定其(qí)质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系(xì)团(tuán)中的各(gè)个星系相对(duì)于星系(xì)团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的(de)形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的(de)是，在测(cè)量速度的(de)过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多(duō)星系的(de)速度(dù)比(bǐ)理(lǐ)论(lùn)上要快得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团(tuán天门中断楚江开的楚江指天门中断楚江开的楚江指的是什么意思，天门中断楚江开的楚江指的是什么风景名胜的是什么意思，天门中断楚江开的楚江指的是什么风景名胜)之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这(zhè)样部(bù)分不可见的(de)暗质，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光，但是它(tā)们却占据(jù)着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再(zài)一(yī)次出(chū)现。天文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特(tè)在(zài)观测(cè)仙(xiān)女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上(shàng)的(de)运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们(men)观(guān)测的结果却(què)让(ràng)人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变(biàn)。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中如(rú)果没有(yǒu)足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学(xué)家(jiā)们会使用一(yī)种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这种方法就(jiù)是测(cè)量星系当中气体(tǐ)在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现(xiàn)异常(cháng)的结果(guǒ)，就(jiù)认(rèn)为(wèi)是(shì)由暗物质的(de)力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科学(xué)家们通过射电(diàn)望远镜测量了距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力(lì)学(xué)定律。我们(men)的太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的(de)运(yùn)行速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那(nà)么产生以上这(zhè)种向心加速度的原(yuán)因很(hěn)可能(néng)就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越(yuè)多的(de)研(yán)究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外(wài)恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系(xì)当中(zhōng)暗(àn)物质的(de)质(zhì)量占整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不(bù)是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应(yīng)的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出(chū)现(xiàn)速度(dù)上的(de)微(wēi)小差异(yì)。另外，天文学(xué)家还发现了(le)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(xiǎo)和银(yín)河系不多，但是(shì)星系(xì)当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来解释的(de)。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近(jìn)的(de)另(lìng)一个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的(de)是，它的(de)附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可(kě)能(néng)就是人类(lèi)对引力的理解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力(lì)很可能(néng)在(zài)不同尺度(dù)空(kōng)间中的工作(zuò)方式是不同的(de)，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们(men)的轨道，按(àn)照我们(men)所理解的(de)方式运动。但是上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力(lì)之(zhī)间(jiān)的(de)相互作用则是不同(tóng)的方式。对(duì)于在星系团之间的(de)相互作用，科学家还(hái)引入了外部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的是(shì)在数(shù)百(bǎi)万(wàn)光年的(de)规模上，巨(jù)大的(de)质(zhì)量之间会产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的(de)效(xiào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意(yì)味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现也(yě)让(ràng)很多(duō)人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的(de)星(xīng)团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会(huì)导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的(de)质(zhì)量将位(wèi)于(yú)所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的(de)中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域(yù)到(dào)底(dǐ)是(shì)不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)传回(huí)了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可(kě)以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了(le)巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡(dǎng)，这(zhè)个(gè)超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光(guāng)都(dōu)发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可能(néng)是超大质量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之(zhī)后，可(kě)见光终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下(xià)了各(gè)相同性的(de)微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较(jiào)冷(lěng)的(de)区域，但实(shí)际上它(tā)们(men)之间的温差只(zhǐ)有万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通过对前(qián)景(jǐng)背(bèi)景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗(àn)物质比例是一(yī)致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子(zi)，它们不参(cān)与任(rèn)何其(qí)他(tā)的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的(de)实际证据(jù)。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什么？科(kē)学(xué)家们已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同的目(mù)标(biāo)粒(lì)子所需要的实验(yàn)方式(shì)也不(bù)相(xiāng)同(tóng)。在过去的几(jǐ)十(shí)年当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性(xìng)的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地(dì)下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室(shì)，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家(jiā)声(shēng)称观(guān)测到(dào)了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多(duō)年的数(shù)据(jù)收集，人们发现了(le)一个有趣(qù)的(de)事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到(dào)最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年(nián)都(dōu)是(shì)一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这可能是人(rén)类(lèi)发(fā)现(xiàn)暗物(wù)质(zhì)的(de)第一个(gè)直接(jiē)证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物(wù)质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河系(xì)进行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是一致的，而另外(wài)半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方向正好达(dá)到(dào)完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影(yǐng)响这(zhè)个理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科(kē)学(xué)家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也(yě)可能(néng)有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年(nián)度周(zhōu)期信号的差异也可能(néng)是温度(dù)、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期的(de)规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里的(de)季(jì)节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无(wú)法提供相应的数据支(zhī)持(chí)。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的视野(yě)是哈(hā)勃红外(wài)仪(yí)器(qì)的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了(le)。费(fèi)米(mǐ)实验室(shì)粒子(zi)天体物(wù)理中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个(gè)重要因(yīn)素(sù)。

如果这(zhè)一理论得到进一(yī)步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会(huì)意味着(zhe)人类并不孤(gū)单(dān)呢？或(huò)许在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个(gè)角落的行星(xīng)上，暗物(wù)质正在(zài)通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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