宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在(zài)的(de)证据(jù)，科学(xué)家们在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出(chū)版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当(dāng)天文学家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的(de)天体通过(guò)引力(lì)在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的(de)尺度当中，可当我们上(shàng)升到星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研究和(hé)测量后发星(xīng)系团的质量(liàng)。这是(shì)一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量星系团(tuán)的质量(liàng)一般会使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据(jù)是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测量星(xīng)系团中的(de)各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光的形(xíng)式(shì)所存在，我们(men)无法看到(dào)。最诡异的是，在测(cè)量速度的(de)过程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的(de)速度(dù)比理论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来(lái)源(yuán)于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了(le)这样部分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说(shuō)法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距(jù)离(lí)中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人(rén)感到(dào)不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围的(de)恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛(niú)顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该(gāi)是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大(dà)于理论速度，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种(zhǒng)向心(xīn)加速(sù)度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质(zhì)的引力效应(yīng)将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来越多的研(yán)究人员(yuán)开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存(cún)在(zài)。科(kē)学家根据(jù)星系(xì)外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物(wù)质的质(zhì)量(liàng)占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一可以解(jiě)释这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度(dù)上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银河系(xì)不(bù)多，但是星系当中存在(zài)的恒星数(shù)量却只有银(yín)河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必(bì)须存(cún)在(zài)暗物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的(de)物质(zhì)和力学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没(méi)有任何(hé)星系存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星(xīng)系和星团的(de)尺度，引力(lì)之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不同(tóng)的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的(de)是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生(shēng)对(duì)彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据(jù)，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年(nián)的(de)子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星系的(de)气(qì)体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于(yú)所(suǒ)有(yǒu)这些(xiē)气(qì)体所在的中间区域(yù)。那么我们通(tōng)过什(shén)么来(lái)验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片(piàn)中我们可以明显地看到很多(duō)星系似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真(zhēn)的(de)被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个(gè)超(chāo)大(dà)质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥(yáo)远星系的光(guāng)都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可(kě)能是超(chāo)大质量的黑洞或者是(shì)暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星系团观测的时候，发(fā)现它(tā)的大质量区域(yù)并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解(jiě)释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质量气(qì)体被卡(kǎ)在了(le)中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了这个(gè)区域(yù)，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的(de)理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的(de)光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了(le)。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景(jǐng)上留(liú)下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色则表(b1兆欧等于多少千欧，1兆欧等于多少欧姆单位换算iǎo)示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科(kē)学家们(men)通过对前(qián)景背景分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行连通(tōng)域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗(àn)物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们(men)需要的(de)暗物质大(dà)约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就(jiù)意(yì)味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的(de)观测结(jié)果。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互(hù)作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能(néng)够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科学家们(men)已经提出了数十(shí)种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的发(fā)现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大(dà)的地学实验(yàn)室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的(de)探测器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科(kē)学家声称观测到(dào)了某种信(xìn)号。经过了(le)20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗物质会产生周(zhōu)期性的(de)年(nián)度(dù)信号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银(yín)河(hé)系(xì)进行(xíng)移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个(gè)过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太(tài)阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是一致的，而另外半(bàn)年则(zé)与之相反。

而在6月份的(de)时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不(bù)影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员(yuán)们(men)所观(guān)测到的(de)周(zhōu)期性信号(hào)。当然(rán)也可能有其(qí)他的(de)情况(kuàng)，造(zào)成这种年(nián)度周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高(gāo)山(shān)上的(de)积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游客的数量也符合这(zhè)个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的(de)实验室(shì)正好相反，而(ér)在这(zhè)里，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的运(yùn)动(dòng)特征和第一(yī)个实验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如(rú)果在这(zhè)里(lǐ)可以得到(dào)相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的(de)非常(cháng)有力(lì)的(de)证据了(le)。但(dàn)是由于这个(gè)实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法提供相应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的(de)视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜(jìng)其(qí)中一个(gè)关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒(lì)子天(tiān)体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造(zào)生(shēng)命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前提(tí)是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们(men)，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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