宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么(me)？人(rén)类为了(le)寻找暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在的证据，科学家们在(zài)过(guò)去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任(rèn)何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的(de)时候，他(tā)们就(jiù)会(huì)知道，周围(wéi)一定有未知的(de)天体通过引力在(zài)摄动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过蟑螂在床上爬了还能睡吗，蟑螂在床上爬了还能睡吗天王星(xīng)运行轨(guǐ)道(dào)的(de)异常，推(tuī)算并且发(fā)现了(le)海王(蟑螂在床上爬了还能睡吗，蟑螂在床上爬了还能睡吗wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得重(zhòng)大(dà)天(tiān)文成(chéng)就的例子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在(zài)恒(héng)星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升(shēng)到(dào)星系或者是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究和测量后(hòu)发星系(xì)团的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就可以确(què)定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算(suàn)，是(shì)利用光(guāng)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。当测量结果出(chū)来之后，兹(zī)威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星系的速度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系(xì)的质量所产(chǎn)生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系(xì)团内(nèi)的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来(lái)源于(yú)某种隐形的(de)物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他们观测的结(jié)果却让人(rén)感(gǎn)到(dào)不可(kě)思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的(de)方法来解释(shì)暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测(cè)量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴(zhóu)上(shàng)距离星(xīng)系中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科学家们(men)通过(guò)射电望(wàng)远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系(xì)中心(xīn)更远距离(lí)的氢(qīng)元(yuán)素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银(yín)河系的(de)第三悬臂(bì)之上，距离(lí)银(yín)河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年(nián)，根(gēn)据(jù)万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那(nà)么产(chǎn)生以(yǐ)上(shàng)这种向心(xīn)加(jiā)速度(dù)的原因很(hěn)可能就(jiù)是存在(zài)着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚(jù)集在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越(yuè)来(lái)越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的(de)存在(zài)。科学家根据星(xīng)系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质(zhì)量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系(xì)不(bù)多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在(zài)暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但是科学家(jiā)们使用最先进的(de)望远镜(jìng)对(duì)其进行(xíng)了40个小时的(de)详细测量(liàng)之后，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可(kě)以用(yòng)正常的物质(zhì)和力学(xué)定律来解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星(xīng)系存在。造(zào)成(chéng)这(zhè)些现象的(de)除了(le)暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人类对(duì)引力(lì)的(de)理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们(men)的(de)轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到(dào)星(xīng)系和(hé)星(xīng)团的(de)尺度，引力(lì)之间的相互作用则(zé)是(shì)不(bù)同(tóng)的方式。对(duì)于在(zài)星系(xì)团(tuán)之间的相(xiāng)互(hù)作用，科学家还(hái)引入了(le)外(wài)部场效(xiào)应(yīng)的概(gài)念，指的是在(zài)数(shù)百万光年的(de)规(guī)模(mó)上，巨大的质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现在的(de)物理(lǐ)定律(lǜ)进行(xíng)修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多(duō)人(rén)认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还(hái)有关于暗物(wù)质存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量(liàng)都在(zài)星系(xì)的气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的(de)急剧(jù)升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分(fēn)的(de)质量将(jiāng)位(wèi)于所有这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的(de)高清照片，在照片中我们(men)可以明显地(dì)看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了(le)什么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的(de)天体和(hé)我们地球上的观测者(zhě)之(zhī)间。被一(yī)个(gè)质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨(jù)大的(de)天体可能是(shì)超大质量的黑(hēi)洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团(tuán)观测(cè)的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区域并(bìng)不是(shì)在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就(jiù)是(shì)当星团发生全部的(de)碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的(de)理(lǐ)论证据(jù)。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各(gè)相同性的微波辐(fú)射(shè)。其(qí)中红色的部(bù)分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实际(jì)上它(tā)们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背景分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行(xíng)连(lián)通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波(bō)背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的(de)暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系当(dāng)中恒(héng)星(xīng)运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理(lǐ)论(lùn)框架(jià)，就很(hěn)好地解释了(le)很多不同的观测结果。而(ér)暗物质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他的(de)电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作(zuò)用。所以如(rú)果(guǒ)能(néng)够(gòu)找到(dào)这(zhè)种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了(le)数十种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要(yào)的实(shí)验(yàn)方式也不相同。在过去(qù)的几十(shí)年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会(huì)与常规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了(le)超过(guò)50次的实(shí)验，却没(méi)有任何实质(zhì)性的发现，除了(le)一个地(dì)方，意大(dà)利(lì)的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井(jǐng)当(dāng)中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大(dà)的地学实验(yàn)室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个(gè)三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学(xué)家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们(men)发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在(zài)20年(nián)当中每年都是一(yī)样。一些科(kē)学家认为这可能是人(rén)类发现暗物质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银河(hé)系(xì)进行(xíng)移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个(gè)过(guò)程中会(huì)产(chǎn)生(shēng)相应的(de)振荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的(de)方向与太阳环绕银(yín)河(hé)系(xì)的方向是(shì)一(yī)致的，而(ér)另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家认(rèn)为这可(kě)以用来解释，研究人员们(men)所观(guān)测到的周期性信号(hào)。当然也可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期信号的差(chà)异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的(de)积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了一个(gè)几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里的季(jì)节与之前的实(shí)验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第(dì)一个实(shí)验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所存在(zài)的非(fēi)常(cháng)有力(lì)的(de)证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实(shí)验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的(de)一个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得(dé)到进一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质会不会意味(wèi)着人类并不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的效应(yīng)创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新的动(dòng)力！

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