宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的(de)？为何会存在(zài)科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了(le)万有(yǒu)引力定(dìng)律，它弄死一只蜘蛛有啥后果，打死一只蜘蛛会引来很多蜘蛛吗揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规(guī)律。往后的(de)几百年(nián)来，当天文学家们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行(xíng)轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知道，周围一(yī)定(dìng)有未(wèi)知的天(tiān)体通过(guò)引(yǐn)力在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都(dōu)是应(yīng)用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得(dé)重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在(zài)恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或者是星团的(de)尺度(dù)，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研(yán)究和测量后发(fā)星(xīng)系(xì)团的质量。这是(shì)一个由数(shù)千个星(xīng)系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引力束缚(fù)在(zài)一(yī)起(qǐ)。测量星系(xì)团的质(zhì)量一(yī)般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的(de)质量"，需要(yào)的数据是测(cè)量各个星系(xì)的光度。

第(dì)二(èr)种是动力(lì)学质量(liàng)的(de)计(jì)算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的(de)各个(gè)星系相(xiāng)对于星系(xì)团(tuán)的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星系团有99%的(de)质(zhì)量消失了(le)，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存在(zài)，我们(men)无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的(de)是，在测(cè)量速(sù)度的过程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中(zhōng)很多星系的速度(dù)比理论上要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是(shì)无法将(jiāng)它们束(shù)缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星(xīng)系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基(jī)提(tí)出了(le)这样部分不可见的暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是(shì)当时(shí)的(de)人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再一次出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的(de)运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是他(tā)们观测的(de)结果却让(ràng)人感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这(zhè)种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就(jiù)是(shì)测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是由暗(àn)物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了(le)距离星(xīng)系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速(sù)度远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的引力(lì)效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人(rén)员开(kāi)始相信暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨道的(de)速度，估算在星(xīng)系(xì)当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多(duō)，但是星系当(dāng)中存在的恒星数(shù)量(liàng)却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先(xiān)进的(de)望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运(yùn)动(dòng)是可以用(yòng)正常的物质和力学(xué)定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被附近的(de)另一个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的是弄死一只蜘蛛有啥后果，打死一只蜘蛛会引来很多蜘蛛吗，它的(de)附近(jìn)没有任何星系(xì)存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是(shì)人类(lèi)对引力(lì)的(de)理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的(de)，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺度(dù)中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是(shì)在(zài)数百(bǎi)万(wàn)光(guāng)年的(de)规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要对(duì)现在的物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发现也让很多(duō)人(rén)认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质(zhì)存在的其(qí)他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的(de)星(xīng)团，它们(men)大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在(zài)的(de)中(zhōng)间区(qū)域。那么(me)我们通(tōng)过(guò)什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了(le)巨大的形(xíng)变(biàn)。其实这些星系本(běn)身(shēn)并不是真的(de)被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大(dà)质(zhì)量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以(yǐ)当人(rén)们(men)对子弹(dàn)星系团观(guān)测(cè)的时候(hòu)，发现它(tā)的大质量区域(yù)并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了(le)中间，暗物(wù)质则(zé)直接通过(guò)了这个(gè)区域(yù)，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示(shì)温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们通过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的幅度会(huì)减小，才变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大约(yuē)是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗(àn)物(wù)质比例是一(yī)致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一个(gè)简单的理论(lùn)框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不(bù)参与(yǔ)任何(hé)其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于(yú)找(zhǎo)到了暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科(kē)学家们(men)已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在(zài)过(guò)去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行了(le)超过50次的实验(yàn)，却没(méi)有(yǒu)任何实质(zhì)性(xìng)的(de)发(fā)现(xiàn)，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山(shān)下1400米(mǐ)处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声称(chēng)观测(cè)到了某种信号。经过了(le)20多(duō)年的数据收集，人们(men)发现了(le)一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰(fēng)值，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这(zhè)意(yì)味着我们也在以这样的(de)速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程中会产生(shēng)相应的(de)振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外(wài)半年(nián)则与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳(yáng)系(xì)相对银河(hé)系的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并不(bù)影响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释(shì)，研究(jiū)人(rén)员(yuán)们(men)所观测(cè)到的(de)周期性(xìng)信(xìn)号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他(tā)的情(qíng)况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数(shù)量也符(fú)合这个(gè)周期(qī)的(de)规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们(men)又在南(nán)半球建立了(le)一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前(qián)的实验室正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的(de)信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所存在的(de)非常有力的(de)证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥(yōng)有另(lìng)一种神(shén)秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命(mìng)的诞生(shēng)，或者(zhě)说是(shì)生命进化的(de)一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会(huì)不(bù)会意(yì)味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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