宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证据(jù)，科学(xué)家们在过去(qù)的几(jǐ)十年(nián)当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据(jù)。除了一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了(le)万有引力(lì)定律，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的(de)规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们(men)发(fā)现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并(bìng)且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王(wáng)星(xīng)的发现(xiàn)都(dōu)是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的(de)例子(zi)。但是(shì)这些发(fā)现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星系或者是(shì)星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力(lì)束缚(fù)在一(yī)起。测量星系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光(guāng)度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数据是测(cè)量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利(lì)用光(guāng)谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的各个(gè)星系(xì)相(xiāng)对于(yú)星系团(tuán)的(de)运(yùn)动速度。当测量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或(huò)者(zhě)说这(zhè)99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光(guāng)的(de)形式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在(zài)测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的(de)速度比(bǐ)理(lǐ)论上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的(de)质(zhì)量所产生(shēng)的引力是(shì)无法将它们束缚在星系(xì)团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这样(yàng)部分不(bù)可(kě)见的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物(wù)质”这个(gè)词才(cái)再一(yī)次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的(de)恒星(xīng)在其(qí)轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着与中心距(jù)离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的(de)结(jié)果，就(jiù)认为是由暗(àn)物质的(de)力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射(shè)电(diàn)望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系中心更远距(jù)离的(de)氢元素，发(fā)现它(tā)们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的(de)太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位于(yú)银河系的第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系(xì)的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实(shí)际(jì)速度(dù)远远大(dà)于理(lǐ)论速度(dù)，那么(me)产生(shēng)以上这(zhè)种向心加速度的原(yuán)因很可(kě)能就是存在着一种我们(men)看不到的物(wù)质，是(shì)这些(xiē)暗物(wù)质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的38码鞋是多少厘米 38的鞋子买欧码是多少(de)质(zhì)量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个现象的(de)原(yuán)因。在一项新的(de)研究当中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天文学家还发现(xiàn)了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和银河系(xì)不多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系(xì)的千分(fēn)之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星(xīng)系必(bì)须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离析(xī)。但是科(kē)学家们使用(yòng)最(zuì)先进的(de)望(wàng)远镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用正常的(de)物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了(le)。奇怪的(de)是，它的(de)附近(jìn)没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成这(zhè)些现象的除(chú)了暗物质的(de)假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的(de)工作方式是不(bù)同(tóng)的，这(zhè)意味(wèi)着在行(xíng)星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式(shì)运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在(zài)星系(xì)团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存(cún)在的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就(jiù)会(huì)导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的(de)质(zhì)量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质(zhì)量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空(kōng)望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在(zài)照(zhào)片中我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了(le)巨大的(de)形(xíng)变。其实(shí)这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的(de)观(guān)测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它(tā)的(de)大质量(liàng)区域并不(bù)是(shì)在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接(jiē)通过了这个(gè)区域(yù)，并(bìng)在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究(jiū)也(yě)被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色(sè)的部(bù)分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们通过对(duì)前景背景分离后(hòu)的二(èr)值图像(xiàng)进行(xíng)连(lián)通域提取和标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起来(lái)不应(yīng)该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的(de)幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的测(cè)量(liàng)值，我们(men)需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的暗物(wù)质比例是一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果能(néng)够(gòu)找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子(zi)所需要的实(shí)验方式也(yě)不相同。在(zài)过去的几十(shí)年当(dāng)中，人类(lèi)为了(le)寻找这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规物质(zhì)相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却(què)没有任(rèn)何实(shí)质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的(de)地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地(dì)球上最大的地学(xué)实(shí)验室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个(gè)三层楼高的(de)探测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物(wù)质粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家(jiā)声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在(zài)每(měi)年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学(xué)家认为这可(kě)能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度(dù)在(zài)穿越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过(guò)程中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的(de)时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕(rào)银河(hé)系的方向是一致的(de)，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快(kuài)的时(shí)段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的(de)情(qíng)况中，太阳系相对(duì)银河(hé)系的(de)平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测到(dào)的周期性信(xìn)号。当然也可(kě)能有其(qí)他的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号(hào)的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利游客(kè)的数量也符(fú)合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立(lì)了(le)一个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实(shí)验室正好相反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质流(liú)的运动特征和(hé)第一个(gè)实(shí)验(yàn)室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所(suǒ)存(cún)在的(de)非常有力的证据了。但是由于(yú)这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前(qián)还无(wú)法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈(hā)勃望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验室(shì)粒(lì)子天体物理中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的(de)一(yī)个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得(dé)到(dào)进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会(huì)不会意味着(zhe)人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或(huò)许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的(de)效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质(zhì)到(dào)底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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