宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何会存在科学(xué)无(wú)法解(jiě)释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科(kē)学(xué)家们(men)在过去的几十年(nián)当(dāng)中进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没有发(fā)现任何的(de)有效证据(jù)。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学(xué)数学原(yuán)理(lǐ)一(yī)书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的(de)规(guī)律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当天文(wén)学家们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥(míng)王(wáng)星(xīng)的(de)发现都是应用万有引力定律所取得重大(dà)天文(wén)成就的例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基(jī)正在研(yán)究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)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度(dù)。当(dāng)测量结果出(chū)来(lái)之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着(zhe)，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测(cè)量速(sù)度的(de)过程中，兹威基发(fā)现星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)很多星系的(de)速度比理论(lùn)上要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星(xīng)系的质(zhì)量所产生的(de)引力是(shì)无法(fǎ)将它们束(shù)缚(fù)在星(xīng)系(xì)团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被抛(pāo)出(chū)星(xīng)系(xì)团之外(wài)了，除(chú)非(fēi)有(yǒu)一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样(yàng)部分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的(de)人(rén)们对(duì)这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来(lái)说(shuō)，距(jù)离中心(xīn)越(yuè)远的(de)恒(héng)星在其轨道上(shàng)的运(yùn)行(xíng)速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距(jù)离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是(shì)根(gēn)据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的(de)质(zhì)量来吸(xī)引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系(xì)当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的(de)力量进(jìn)入其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不(bù)例外(wài)，太(tài)阳系位于(yú)银河系(xì)的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕(rào)银(yín)河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远远大(dà)于理论速度(dù)，那么产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加(jiā)速度的原因很可能就是存(cún)在着(zhe)一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星(xīng)系(xì)聚集在了(le)一(yī)起。

也(yě)是从(cóng)这(zhè)时开始，越(yuè)来越多的研究人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度(dù)，估算在星(xīng)系当中暗物质的质(zhì)量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的(de)研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没(méi)有引力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系(xì)当中存(cún)在的(de)恒(héng)星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析(xī)。但是科学家们使用(yòng)最先进的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系(xì)中的(de)恒星运动(dòng)是(shì)可(kě)以用正常的物质(zhì)和力学定律来(lái)解释(shì)的。那(nà)么又有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现芹菜榨汁要开水焯一下吗，芹菜榨汁用生的好还是熟的好象的除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解还不(bù)够全面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的(de)，这意味着(zhe)在(zài)行星系(xì)尺度中的(de)天体(tǐ)会(huì)沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到(dào)星系(xì)和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则(zé)是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数(shù)百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨大(dà)的(de)质量之(zhī)间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗物(wù)质(zhì)假说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有关于暗(àn)物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的(de)星系团所(suǒ)组成(chéng)，类(lèi)似这样的(de)星团，它(tā)们大部(bù)分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度(dù)的(de)急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质(zhì)量将位于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么(me)我们(men)通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变(biàn)。其(qí)实这(zhè)些(xiē)星系本身并(bìng)不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是这样(yàng)极(jí)遥远(yuǎn)的天(tiān)体(tǐ)和我们(men)地球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测(cè)的时(shí)候(hòu)，发(fā)现它(tā)的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧(cè)。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法就(jiù)是当(dāng)星团(tuán)发生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力(lì芹菜榨汁要开水焯一下吗，芹菜榨汁用生的好还是熟的好)透镜研究也(yě)被认(rèn)为是(shì)暗物质存(cún)在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上留下了各(gè)相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取和标记(jì)之(zhī)后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的(de)测量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大(dà)约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个数字与(yǔ)解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地(dì)解释了很(hěn)多(duō)不同的观测结(jié)果。而(ér)暗(àn)物(wù)质的本(běn)质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子(zi)的(de)存(cún)在，就相(xiāng)当于找到(dào)了(le)暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子(zi)到(dào)底是(shì)什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方式(shì)也不相同(tóng)。在(zài)过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实(shí)质性的发(fā)现，除了一(yī)个(gè)地方，意大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地(dì)球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学家声(shēng)称(chēng)观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人(rén)们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会(huì)在每年的6月(yuè)份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的(de)第一个直接(jiē)证据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕着(zhe)银河(hé)系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到(dào)了最慢值。尽管在(zài)实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的平面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期信号(hào)的差(chà)异也可(kě)能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立(lì)了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季(jì)节(jié)与之(zhī)前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的(de)运动特征(zhēng)和(hé)第一个实验(yàn)室是(shì)一样的(de)。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗(àn)物(wù)质所存在(zài)的非(fēi)常有力(lì)的(de)证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一(yī)个关键的用途就是探索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对(duì)于探测(cè)的结(jié)果，我们(men)只能拭(shì)目以待了(le)。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一种神(shén)秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的(de)一个重要因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会(huì)意味着人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的(de)效应创造(zào)生命(mìng)。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大前提(tí)是(shì)要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你们(men)觉得暗(àn)物质(zhì)到底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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