宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会(huì)存(cún)在科学(xué)无法(fǎ)解释的(de)“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家(jiā)们在过去的(de)几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛(niú)顿发表了(le)万有引力定律，它(tā)揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合万(wàn)有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)所取(qǔ)得(dé)重大天(tiān)文(wén)成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的(de)尺度(dù)当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星系(xì)团(tuán)的质(zhì)量一(yī)般会使用到(dào)两种(zhǒng)方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质(zhì)量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各个星(xīng)系的(de)光度。

第二种是(shì)动力学(xué)质量的计算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量星系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速(sù)度的过程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团(tuán)中很多星(xīng)系(xì)的速度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的(de)质量(liàng)所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的(de)，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出星系团之外了(le)，除(chú)非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大(dà)部(bù)分(fēn)的(de)质量(liàng)。只是(shì)当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观(guān)测仙女座星系中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们(men)观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定(dìng)律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的(de)质量来吸(xī)引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学(xué)家们(men)会使用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解释暗物(wù)质(zhì)的存在(zài)，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不(bù)例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河系(xì)的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力(lì)定律进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论速度，那么(me)产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速度(dù)的(de)原因很可能就是(shì)存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越来越多的研究(jiū)人员(yuán)开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的(de)存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系外恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个现象的(de)原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系(xì)不多(duō)，但是(shì)星系当中存在的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系(xì)中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被(bèi)附近(jìn)的另(lìng)一(yī)个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近没有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质的(de)假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺度空间中的工作(zuò)方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是(shì)不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还(hái)引入了外(wài)部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年的规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的(de)效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们(men)需要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关于(yú)暗(àn)物质存在的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的(de)子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们大(dà)部分(fēn)的(de)普通质量都在星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的(de)时(shí)候，星际气体的相互作用就(jiù)会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这(zhè)些(xiē)气体所在(zài)的中(zhōng)间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么来(lái)验(yàn)证它的质(zhì)量区域(yù)到底是不是集(jí)中在中间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜(jìng)传回(huí)了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们(men)可以明显地看(kàn)到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问(wèn)题，而(ér)是这(zhè)样极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量(liàng)超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身后更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是(shì)引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量(liàng)区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发(fā)生全部的(de)碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到(dào)的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的(de)部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们通(tōng)过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值(zhí)图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗(àn)物质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的(de)增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物(wù)质大约是普通物质的(de)5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星(xīng)系(xì)当中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比例(lì)是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不(bù)同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们(men)不参与(yǔ)任何其他的电(diàn)磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作(zuò)用。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这(zhè)种粒子的存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗(àn)物质存在的实际(jì)证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是什么(me)？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻(xún)找这些不同的目标(biāo)粒(lì)子所需要的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性(xìng)的发(fā)现，除了一个地(dì)方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大(dà)的(de)地(dì)学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层(céng)楼高的(de)探测(cè)器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经过(guò)了(le)20多(duō)年(nián)的数据收集(jí)，人(rén)们发现了一(yī)个(gè)有趣的(de)事情。探(tàn)测率会在每年的(de)6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一(yī)样。一些(xiē)科(kē)学家(jiā)认(rèn)为这可(kě)能是(shì)人类(lèi)发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质(zhì)会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号(hào)呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银(yín)河系进行移动(dòng)，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们电冰箱嗡嗡响是怎么回事，冰箱噪音大嗡嗡作响怎么解决也在(zài)以这样的(de)速度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河系的(de)方向是一致(zhì)的(de)，而另外(wài)半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可(kě)能有其他的(de)情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的(de)积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客的(de)数(shù)量也(yě)符合这(zhè)个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在的非(fēi)常有力的证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提(tí)供的(de)视野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了(le)。费米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理(lǐ)中(zhōng)心的(de)科学(xué)家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进(jìn)化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物质(zhì)会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创(chuàng)造(zào)生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大前(qián)提是要(yào)先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的(de)动力(lì)！

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