宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的？为何会(huì)存在科学(xué)无(wú)法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的(de)长期实验，但是却(què)没有(yǒu)发现(xiàn)任何的(de)有效证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百年(nián)来(lái)，当(dāng)天文学(xué)家(jiā)们(men)发现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有引力定(dìng)律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得(dé)重大(dà)天文成就的例子。但是(shì)这(zhè)些发现都是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研(yán)究(jiū)和测量后发(fā)星系(xì)团的质量。这是一个(gè)由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的(de)巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚(fù)在一(yī)起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要的(de)数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质(zhì)量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对于星(xīng)系(xì)团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光(guāng)的(de)形式所(suǒ)存(cún)在(zài)，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度的过(guò)程中，兹(zī)威(wēi)基(jī)发现星系团中很多星系的(de)速度(dù)比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的(de)运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生(shēng)的引力是无法将它们束(shù)缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了这样部(bù)分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分的(de)质量。只是(shì)当时的(de)人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不(bù)屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其轨道上(shàng)的(de)运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但是他们观测(cè)的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万有引力(lì)定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大的(de)质量(liàng)来(lái)吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学(xué)家(jiā)们(men)会(huì)使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法来(lái)解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系(xì)的(de)运行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向心加速度的原(yuán)因(yīn)很(hěn)可能就(jiù)是存(cún)在着一(yī)种我们看不(bù)到的物质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引(yǐn)力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗(àn)物质的质(zhì)量(liàng)占(zhàn)整(zhěng)个(gè)星系(xì)质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗(àn)物质(zhì)并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存(cún)在的(de)恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但是(shì)科学家们使用最(zuì)先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其(qí)进(jìn)行(xíng)了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该(gāi)星系(xì)的暗(àn)物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的(de)是，它的(de)附近没有任(rèn)何(hé)星(xīng)系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的假说之外，另(lìng)一种可能(néng)就是人类对引力的(de)理解还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的(de)天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互(hù)作用则是(shì)不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是在数(shù)百万(wàn)光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这(zhè)些(xiē)发(fā)现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还有关于暗物(wù)质存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量(liàng)都(dōu)在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气(qì)体的相互(hù)作用就(jiù)会导致温度(dù)的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这(zhè)些气体所(suǒ)在(zài)的中(zhōng)间区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么来验证它(tā)的质量区域到底(dǐ)是不是集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张全(quán)彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身(shēn)并不是真的(de)被(bèi)扭曲了，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球上的(de)观测者(zhě)之间。被一个(gè)质(zhì)量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远(yuǎn)星系(xì)的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体(tǐ)可能是(shì)超大质量的(de)黑洞或(huò)者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区(qū)域并(bìng)不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是(shì)当(dāng)星团发(fā)生(shēng)全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过了(le)这个区(qū)域(yù)，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系(xì)团的(de)引(yǐn)力透镜研究也(yě)被(bèi)认为是(shì)暗物质(zhì)存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下(xià)了各相同性的微(wēi)波(bō)辐(fú)射。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温(wēn)度(dù)较高的(de)区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们(men)之间的(de)温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后(hòu)发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物(wù)质，图形看起来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射的测量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这个数(shù)字(zì)与解释星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的暗(àn)物质比例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很好地解(jiě)释了(le)很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗(àn)物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存(cún)在(zài)着(zhe)某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么(me)？科学家们已(yǐ)经提出了(le)数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的(de)目(mù)标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何实质性(xìng)的发(fā)现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发现了一个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在(zài)每年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在(zài)11月降到最低(dī)，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是一(长岛冰茶好喝吗，十大断片鸡尾酒酒排名yī)样(yàng)。一些科学家认为这可能是(shì)人类发(fā)现暗物质的第一个(gè)直接(jiē)证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年(nián)度信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过程中会(huì)产生相应的(de)振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河(hé)系的(de)方向是一致的，而另外(wài)半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的(de)方向正好达到(dào)完全一致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况中，太(tài)阳系相对(duì)银河系的(de)平(píng)面呈现了60度(dù)的(de)倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研(yán)究人员们所观测(cè)到的周期(qī)性信号(hào)。当然也可能有其他(tā)的(de)情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年(nián)度周(zhōu)期(qī)信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利(lì)游(yóu)客的数量(liàng)也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在(zài)南半(bàn)球(qiú)建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到(dào)相同的(de)信号(hào)，就可(kě)以成为暗物质所存(cún)在(zài)的非(fēi)常(cháng)有力的证据(jù)了。但(dàn)是(shì)由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至(zhì)目前(qián)还(hái)无(wú)法提供相应的(de)数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野(yě)是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的(de)用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心(xīn)的(de)科学家(jiā)丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们极有可能(néng)拥(yōng)有另一(yī)种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的(de)一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不会(huì)意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的(de)行(xíng)星上，暗物质正在通过这(zhè)样的(de)效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推(tuī)论(lùn)的(de)大前(qián)提是要先(xiān)找到暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质到(dào)底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新的动力(lì)！

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