宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学(xué)家们在(zài)过去的几十(shí)年当中进行了(le)超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是(shì)却没有发现(xiàn)任何的(de)有效(xiào)证据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)，它(tā)揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异(yì)常，不符合万(wàn)有引力(lì)定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过(guò)引力(lì)在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过(guò)天(tiān)王(wáng)星运行轨(guǐ)道(dào)的(de)异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定律所取得(dé)重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是(shì)星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系(xì)团的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结(jié)果(guǒ)一致，就(jiù)可(kě)以确(què)定(dìng)其质量的范围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量(liàng)的(de)计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系相对(duì)于(yú)星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着(zhe)，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)法看(kàn)到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系(xì)团中很(hěn)多星系(xì)的速(sù)度比(bǐ)理(lǐ)论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠(kào)这(zhè)些(xiē)可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生的(de)引力是无(wú)法将它们(m泡泡面膜泡泡越多越脏吗，冒泡面膜是不是泡越多脸越脏en)束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力(lì)量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只是当时(shí)的(de)人们对这样的(de)一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远的(de)恒(héng)星在其(qí)轨(guǐ)道(dào)上的(de)运(yùn)行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们(men)观测的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如(rú)果没有足够大(dà)的质量来(lái)吸(xī)引它们(men)，这些(xiē)外围(wéi)的恒星(xīng)早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一(yī)种相对标准的方法来(lái)解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离(lí)星系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过(guò)射(shè)电望(wàng)远镜测量了(le)距离星系(xì)中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么(me)产生以(yǐ)上这(zhè)种向心加速(sù)度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗(àn)物(wù)质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一(yī)起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来越多(duō)的研究人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的(de)存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估(gū)算在(zài)星(xīng)系当中暗(àn)物(wù)质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不(bù)是(shì)唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现了(le)一(yī)个反常的(de)星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不多，但是(shì)星(xīng)系(xì)当中存在的(de)恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先(xiān)进的望(wàng)远镜对(duì)其进行了(le)40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星(xīng)系(xì)中的(de)恒星运动是可以用正常的物质和力学(xué)定律来(lái)解释的。那么(me)又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成这些现象(xiàng)的(de)除了暗物质的(de)假说之(zhī)外，另一(yī)种可能就是人类对(duì)引力(lì)的理解还(hái)不够全(quán)面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在(zài)行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用则(zé)是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的(de)是在数(shù)百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对(duì)现在的(de)物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发现也让很多(duō)人(rén)认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年(nián)的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类似这样的(de)星团，它们大部(bù)分的普通(tōng)质量(liàng)都在星系的(de)气(qì)体当中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际气体的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的(de)质量将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那(nà)么我们通过什么来(lái)验证它的质量区(qū)域(yù)到底(dǐ)是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们(men)可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的(de)被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质(zhì)量区域(yù)并不是在中间(jiān)，而是(shì)在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方(fāng)法就是(shì)当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也(yě)被认为是暗(àn)物质存(cún)在的(de)迄今为(wèi)止最(zuì)好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光(guāng)终于(yú)可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色的部分表示温(wēn)度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万(wàn)分之(zhī)一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背景分(fēn)离后的(de)二值(zhí)图像进行(xíng)连通域提(tí)取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需(xū)要(yào)的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所需要(yào)的暗物质(zhì)比例是一(yī)致的。这就意(yì)味(wèi)着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物(wù)质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不(bù)参与任何其他(tā)的(de)电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗(àn)物质存在的(de)实际证据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么(me)？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过(guò)去(qù)的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的(de)“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没(méi)有任何实质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高(gāo)的探测(cè)器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学(xué)家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣(qù)的事(shì)情(qíng)。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这可能是人(rén)类发现暗物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性的(de)年度(dù)信号呢(ne)？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了(le)太阳(yáng)系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也(yě)在以这(zhè)样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕(rào)银河(hé)系的(de)方向是(shì)一致的，而另外(wài)半年则(zé)与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全(quán)一致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快的(de)时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对(duì)银(yín)河系的(de)平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个(gè)理论(lùn)的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可(kě)以用来(lái)解释，研(yán)究人员们所观测到(dào)的周期性信号(hào)。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的(de)数(shù)量也符合这(zhè)个周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物(wù)质所(suǒ)存(cún)在的非常有力(lì)的(de)证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目(mù)前还无(wú)法提(tí)供相(xiāng)应的数(shù)据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的(de)视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途(tú)就是(shì)探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然(rán)，这(zhè)些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存(cún)在的实际(jì)证据(jù)。那(nà)么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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