宇宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在科学(xué)无法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲学数(shù)学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往(wǎng)后(hòu)的(de)几百年来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不符合(hé)万(wàn)有引力定律(lǜ)的(de)时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发(fā)星系团的质量。这是(shì)一个由(yóu)数千(qiān)个星系所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系被引力(lì)束(shù)缚(fù)在一起。测量星(xīng)系(xì)团的质量一般会(huì)使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的(de)数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系(xì)团中的各个(gè)高宽深用什么字母表示什么，高宽深用什么字母表示出来星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形式所存(cún)在，我们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的(de)过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系的速(sù)度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系团内(nèi)的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出(chū)星系团(tuán)之外(wài)了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力(lì)量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝大部(bù)分的(de)质量。只是当时的(de)人们对(duì)这(zhè)样的一种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的(de)运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观(guān)测的结(jié)果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大(dà)的质量来(lái)吸引它(tā)们(men)，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会(huì)使用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释(shì)暗(àn)物质的(de)存(cún)在，这种方法就是测量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速(sù)度。如(rú)果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射(shè)电(diàn)望远镜测量(liàng)了(le)距离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的(de)旋转速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的(de)力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速(sù)度远远大于理论速度(dù)，那么(me)产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很(hěn)可(kě)能就是存在着一种我(wǒ)们(men)看不到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力效应将星(xīng)系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越多的(de)研(yán)究人员(yuán)开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不(bù)是唯(wéi)一可以解释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学(xué)家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效应的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系不多，但(dàn)是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科(kē)学(xué)家们使用最先进的(de)望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以(yǐ)用正常的物质(zhì)和(hé)力学定律来解释(shì)的。那么(me)又有人提出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近没有任何(hé)星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物(wù)质的(de)假说之外，另一种可(kě)能(néng)就是人类对(duì)引力的理解还不(bù)够全面，引力很可(kě)能在不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不同的，这意(yì)味着(zhe)在行星系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它(tā)们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式(shì)运动。但(dàn)是上升到星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用则(zé)是(shì)不同的方(fāng)式(shì)。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科学家还(hái)引入了(le)外(wài)部场效应的(de)概(gài)念，指的是(shì)在数(shù)百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们(men)需要(yào)对现(xiàn)在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也(yě)让(ràng)很多人认(rèn)为(wèi)暗(àn)物质假说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时(shí)候(hòu)，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在(zài)的中间区域。那(nà)么(me)我们通(tōng)过什(shén)么来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片(piàn)中我们(men)可以(yǐ)明显地看到很多星系(xì)似乎(hū)被(bèi)拉(lā)伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并(bìng)不(bù)是真(zhēn)的被(bèi)扭(niǔ)曲(qū)了(le)，也(yě)不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测(cè)者之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系(xì)的(de)光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子(zi)弹星系团观(guān)测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方(fāng)法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量(liàng)气体被卡在了中间，暗(àn)物质则(zé)直(zhí)接通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在(zài)两(liǎng)边形成了(le)引力(lì)透镜(jìng)。对子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质(zhì)存在(zài)的(de)迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后(hòu)，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿(yì)年(nián)之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们(men)之间(jiān)的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前(qián)景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗(àn)物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐(fú)射的(de)测(cè)量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数(shù)字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需(xū)要的(de)暗(àn)物质比例是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个(gè)简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多不(bù)同的(de)观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需要的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在(zài)过(guò)去的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质(zhì)相互(hù)作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超(chāo)过(guò)50次的实验，却没(méi)有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索(suǒ)山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学家声(shēng)称(chēng)观测到(dào)了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了(le)一个(gè)有趣的事情。探测(cè)率会在每年的(de)6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直(zhí)接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质(zhì)会(huì)产生周(zhōu)期(qī)性的(de)年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银(yín)河系进行(xíng)移动(dòng)，那么如(rú)果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也在以这样(yàng)的(de)速度(dù)在(zài)穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应的(de)振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕(rào)太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕银河(hé)系(xì)的方(fāng)向是一致(zhì)的，而另(lìng)外(wài)半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流(liú)最快(kuài)的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可以用来(lái)解释，研(yán)究(jiū)人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也可(kě)能有其他(tā)的情况，造成(chéng)这种年度周期信号(hào)的(de)差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意(yì)大利游客的(de)数量(liàng)也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流的运动特(tè)征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信(xìn)号(hào)，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据(jù)了。但是由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法提(tí)供相应的数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器(qì)提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗高宽深用什么字母表示什么，高宽深用什么字母表示出来曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的(de)用(yòng)途就(jiù)是(shì)探(tàn)索暗物质背(bèi)后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子(zi)天体物理中心(xīn)的科(kē)学(xué)家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存在，它们(men)极有可(kě)能拥有另一种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物(wù)质(zhì)会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个(gè)角(jiǎo)落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样(yàng)的效应创造(zào)生命。当(dāng)然(rán)，这些推(tuī)论的大前(qián)提是要(yào)先找到暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们(men)觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支持(chí)是我更新的动力！

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