宇(yǔ)宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何(hé)会存在科学(xué)无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了寻(xún)找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去(qù)的几(jǐ)十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没(méi)有(yǒu)发现任(rèn)何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万(wàn)有引力定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来(lái)，当天文(wén)学(xué)家们(men)发(fā)现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的(de)时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了(le)海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现都是(shì)应用万有引(yǐn)力(lì)定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是在恒星系(xì)统的(de)尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗里茨(cí)兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组(zǔ)成的(de)巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结(jié)果一(yī)致，就(jiù)可(kě)以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个(gè)星(xīng)系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系(xì)团中的各个星系相对于星(xīng)系(xì)团的(de)运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了(le)，或(huò)者说这99%的质量并不(bù)以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速(sù)度的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论(lùn)上要快得(dé)多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们(men)早就应(yīng)该被抛出星系团之(zhī)外了(le)，除(chú)非(fēi)有一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作(zuò)用，这(zhè)种力(lì)量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有足够大的(de)质量(liàng)来(lái)吸引它们，这些(xiē)外围的(de)恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使用一种相对标(biāo)准的方(fāng)法来解(jiě)释暗(àn)物质(zhì)的(de)存在，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的(de)距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度。如(rú)果出现异常的结(jié)果，就认为是(shì)由暗物质的力(lì)量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不符合(hé)牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的(de)太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银(yín)河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生(shēng)以上这种向(xiàng)心(xīn)加速度的原(yuán)因(yīn)很可能就是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研(yán)究人员(yuán)开(kāi)始相信暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道(dào)的速(sù)度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可(kě)以解释这(zhè)个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学(xué)家(jiā)们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外(wài)，天文学(xué)家(jiā)还发(fā)现了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星(xīng)数(shù)量却只(zhǐ)有银河系的(de)千(qiān)分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用(yòng)最(zuì)先进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另一个(gè)大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在(zài)不同(tóng)尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿(yán)着它(tā)们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于(yú)在(zài)星系团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的规模(mó)上(shàng)，巨大(dà)的质量之间会(huì)产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的(de)物(wù)理定律进行修正，这些发现也(yě)让(ràng)很多人(rén)认为(wèi)暗(àn)物质假说理论就(jiù)此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质(zhì)存在的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙(méng)德理论所(suǒ)没(méi)法解(jiě)释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离(lí)为(wèi)37亿(yì)光(guāng)年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在(zài)星(xīng)系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体(tǐ)的(de)相互(hù)作用就会导致(zhì)温(wēn)度的(de)急剧(jù)升高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于所有这(zhè)些(xiē)气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通(tōng)过什么来验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片(piàn)，在(zài)照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并(bìng)不是(shì)真的(de)被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远的天体和(hé)我们地球(qiú)上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东(dōng)西的(de)引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的(de)黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们(men)对子弹星系团观(guān)测的(de)时候，发现它的大质(zhì)量区域(yù)并不(bù)是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团(tuán)发生全部(bù)的(de)碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到的质量气(qì)体被卡在了(le)中间，暗(àn)物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形(xíng)成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)。

除此之(zhī)外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了各(gè)相(xiāng)同(tóng)性(xìng)的微波辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示(shì)温度较高的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相(x黄山山体主要由什么岩石构成iāng)对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通(tōng)域提(tí)取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不(bù)应该是(shì)这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些(xiē)峰值(zhí)的幅度(dù)会(huì)减小，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射的测量值，我们(men)需(xū)要(yào)的暗物质大(dà)约是普通物(wù)质的(de)5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运(yùn)动(dòng)所需(xū)要的(de)暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如(rú)果能(néng)够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家(jiā)们已经(jīng)提出了数(shù)十种(zhǒng)的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的目(mù)标粒(lì)子所需(xū)要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了(le)一(yī)个地方，意大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球上(shàng)最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了(le)20多年的数(shù)据收集，人们发(fā)现了一个有趣的(de)事情。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且(qiě)在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质(zhì)会产生周期性(xìng)的(de)年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银河(hé)系进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味着我(wǒ)们(men)也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生(shēng)相应(yīng)的(de)振荡，同时(shí)地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围(wéi)绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银河系(xì)的方向是(shì)一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流(liú)最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实(shí)际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期(qī)性(xìng)信号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差(chà)异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游客的数(shù)量也符合这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质流的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前还(hái)无法(fǎ)提(tí)供相应的(de)数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发(fā)射(shè)一(yī)台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背(bè黄山山体主要由什么岩石构成i)后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体物理中心(xīn)的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一种神秘的(de)效(xiào)应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不(bù)会(huì)意(yì)味(wèi)着(zhe)人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要(yào)先找到暗物(wù)质存(cún)在的(de)实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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