宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去(qù)的几十年(nián)当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却(què)没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自(zì)然(rán)哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符(fú)合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的(de)轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶(yé)就通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道(dào)的异(yì)常，推(tuī)算并且(qiě)发(fā)现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都(dōu)是(shì)应用(yòng)万(wàn)有引力定律所取得重大天文成(chéng)就(jiù)的例(lì)子。但是(shì)这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或(huò)者是星团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个(gè)由数(shù)千个星系所组成的巨(jù)大星(xīng)系团，这些(xiē)星(xīng)系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确(què)定其质量的(de)范(fàn)围。

第(dì)一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度(dù)学(xué)的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是(shì)动力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团(tuán)的(de)运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可(kě)见光的(de)形式所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到。最诡异(yì)的(de)是，在测量(liàng)速度的过(guò)程中，兹(zī)威基发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量(liàng)所产生(shēng)的(de)引力(lì)是无法将它们束缚(fù)在(zài)星系团内的(de)，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一(yī)次出现。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在观测仙女座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度(dù)就会越慢。但是他(tā)们(men)观测的结果(guǒ)却让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿(dùn)的(de)万有引力(lì)定律，在星系(xì)当中如果没有足(zú)够(gòu)大(dà)的(de)质(zhì)量来吸(xī)引它们(men)，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学(xué)家们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量星(xīng)系(xì)当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是(shì)由暗物(wù)质(zhì)的(de)力量进入(rù)其中。

于(yú)是科(kē)学家们通过射电望远镜测量了(le)距(jù)离星系中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第(dì)三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因(yīn)很可(kě)能(néng)就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星(xīng)系(xì)聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解释(shì)这个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出(chū)现速(sù)度上(shàng)的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但是(shì)星(xīng)系当中存在的(de)恒(héng)星数量却只有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时(shí)的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的(de)物质和力学定(dìng)律来解释的。那(nà)么又(yòu)有人(rén)提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近(jìn)没(méi)有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些(xiē)现象的除(chú)了暗(àn)物质的假说之外，另一(yī)种可能就是人(rén)类对引力的(de)理解还不(bù)够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的工作方(fāng)式是(shì)不同的(de)，这(zhè)意(yì)味着在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星(xīng)系和(hé)星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之(zhī)间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数(shù)百万光年的(de)规(guī)模(mó)上，巨大(dà)的质量之间会(huì)产生(shēng)对(duì)彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进(jìn)行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很多人认为(wèi)暗物(wù)质(zhì)假说(shuō)理(lǐ)论就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在的其(qí)他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相互作(zuò)用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分(fēn)的质(zhì)量(liàng)将位于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通(tōng)过(guò)什(shén)么来验证它的质量区域到(dào)底是不是(shì)集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨大的(de)形变。其(qí)实这些星系(xì)本(běn)身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什(shén)么问(wèn)题，而是(shì)这样极(jí)遥(yáo)远的天体和我们(men)地(dì)球上的观测(cè)者之(zhī)间。被一个质量超级(jí)巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)观测(cè)的时(shí)候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发(fā)生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气(qì)体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了这个区(qū)域，并在两边形成了(le)引力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的(de)引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认(rèn)为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了各(gè)相同性的(de)微波辐射。其中红(hóng)色的部(bù)分表示温度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则(zé)表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区域(yù)，但实(shí)际上它们之间的温(wēn)差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后的二值图(tú)像进行连通(tōng)域提取和标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的(de)，而随着暗(àn)物质的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的(de)测量值(zhí)，我们(men)需(xū)要的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的(de)。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单的理论(lùn)框架(jià)，就很好地(dì)解释了很多不同(tóng)的(de)观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在(zài)着某种类型的粒(lì)子，它们不参(cān)与任何其(qí)他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所以如果(一里地等于多少米，一里地等于多少米千米guǒ)能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的(de)实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提出了(le)数十(shí)种的假想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些(xiē)不(bù)同(tóng)的目标粒子所需(xū)要的实验方式也(yě)不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一(yī)个地(dì)方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个(gè)三层楼高的探(tàn)测器(qì)，一(yī)直致力于(yú)寻(xún)找暗(àn)物质(zhì)粒(lì)子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观(guān)测到(dào)了某种信号。经过了20多年的(de)数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物(wù)质会产生周(zhōu)期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳(yáng)进行旋转。所以有半年的(de)时间(jiān)，地(dì)球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外(wài)半年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对银河系的(de)平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可(kě)能有其他的(de)情况，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的差异也(yě)可能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游客的(de)数量也符合这个周期的一里地等于多少米，一里地等于多少米千米规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与之(zhī)前的(de)实验(yàn)室(shì)正(zhèng)好(hǎo)相反，而(ér)在这(zhè)里(lǐ)，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流(liú)的(de)运动特征和第一个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的(de)非常有力的证据了(le)。但是由于(yú)这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一一里地等于多少米，一里地等于多少米千米台新(xīn)的望远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜其中一(yī)个关键的(de)用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗物质存(cún)在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会(huì)支持(chí)宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的(de)诞(dàn)生，或(huò)者说(shuō)是生命进化的(de)一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗(àn)物质会不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落(luò)的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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