宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会存在科学(xué)无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何(hé)的(de)有效证(zhèng)据。除了一个地方，在(zài)1687年(nián)出(chū)版的自然(rán)哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运(yùn)动(dòng)的规律(lǜ)。往(wǎng)后(hòu)的几(jǐ)百(bǎi)年(nián)来，当天文(wén)学家们发(fā)现某些(xiē)天体运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)出现异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有(yǒu)未(wèi)知的天(tiān)体通过(guò)引力(lì)在摄(shè)动它(tā)的(de)轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存(cún)在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应用万有引力定(dìng)律所取得重大(dà)天(tiān)文(wén)成(chéng)就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到(dào)星系或者是(shì)星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量(liàng)后(hòu)发星系(xì)团的(de)质量(liàng)。这是一个由数千个(gè)星(xīng)系所(suǒ)组成的(de)巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的(de)质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的(de)范(fàn)围。

第一种是获得(dé)其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要(yào)的数据(jù)是(shì)测量各(gè)个星系的光度。

第二种是(shì)动(dòng)力(lì)学质(zhì)量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移测量星系(xì)团中的(de)各个星系相(xiāng)对于(yú)星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出(chū)来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可见光的(de)形式(shì)所存在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速度的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速度比理论上要(yào)快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的(de)引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚走后门是一种怎样的体验知乎，走后门是什么感受在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非(fēi)有一(yī)种神秘(mì)的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部(bù)分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它们(men)却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时的(de)人们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物(wù)质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上(shàng)来说(shuō)，距离(lí)中心越远的(de)恒(héng)星在其(qí)轨道上的运行速(sù)度(dù)就会越慢。但是他们观测的(de)结果却(què)让人感到(dào)不可思(sī)议(yì)。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标准的(de)方(fāng)法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质的(de)力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们的太阳系(xì)也不(bù)例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因很可能就是存(cún)在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效(xiào)应将星系聚集在(zài)了一起。

也是(shì)从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的(de)研(yán)究人(rén)员开始相信暗(àn)物质的存在。科(kē)学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在星系(xì)当中暗物(wù)质(zhì)的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在(zài)一(yī)项新的研究(jiū)当中，科学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有(yǒu)引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须(xū)存(cún)在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是(shì)科学家们(men)使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细(xì)测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另(lìng)一个大(dà)星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它的(de)附近没(méi)有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的(de)假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全(quán)面(miàn)，引力很可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式是(shì)不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的(de)轨道，按(àn)照(zhào)我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团的(de)尺度，引力(lì)之间的(de)相互作用(yòng)则是不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星(xīng)系团之间(jiān)的(de)相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数百万光(guāng)年的(de)规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味(wèi)着我们需(xū)要对现在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很多(duō)人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关(guān)于暗(àn)物质存在的(de)其他(tā)的理论证据，这些理论(lùn)证据(jù)是(shì)蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速(sù)度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分的质量将(jiāng)位(wèi)于(yú)所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过什么来(lái)验证它的质量区域到底是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张(zhāng)全彩的高(gāo)清(qīng)照片(piàn)，在(zài)照(zhào)片中我们可以明显地看到很多(duō)星系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的(de)形(xíng)变。其(qí)实这些(xiē)星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观(guān)测者之(zhī)间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西的(de)引力，会(huì)使(shǐ)身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个(gè)巨(jù)大(dà)的天体(tǐ)可能是(shì)超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发现它(tā)的大质量区域(yù)并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释(shì)方(fāng)法就(jiù)是当星团发生(shēng)全(quán)部的(de)碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观(guān)测(cè)到(dào)的质量气(qì)体被卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过(guò)了这个区域，并在两边(biān)形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的(de)迄(qì)今为止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年(nián)之(zhī)后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部(bù)分(fēn)表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二(èr)值(zhí)图像进行(xíng)连通域提(tí)取和标记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗(àn)物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而(ér)随着暗(àn)物质的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的(de)测量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质大(dà)约是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个(gè)数(shù)字(zì)与解释星系(xì)当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是一(yī)致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简单的理论框(kuāng)架(jià)，就很(hěn)好地解(jiě)释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何(hé)其他的(de)电磁(cí)作用，只通过引力(lì)来(lái)相(xiāng)互作用(yòng)。所(suǒ)以如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于(yú)找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现(xiàn)，除(chú)了(le)一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科(kē)学家(jiā)声(shēng)称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测(cè)率会(huì)在每年(nián)的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到(dào)最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年(nián)都(dōu)是一样。一些科学家认为这可(kě)能是人类发现暗物(wù)质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的(de)年度(dù)信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以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(yīng)的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是(shì)理论上地(dì)球(qiú)穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并(bìng)不(bù)影(yǐng)响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可能(néng)有其他的(de)情况，造成(chéng)这种年(nián)度周期信号的差(chà)异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的(de)数量(liàng)也符合这个(gè)周(zhōu)期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的(de)实(shí)验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗(àn)物质(zhì)流的运动(dòng)特(tè)征和(hé)第一个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在(zài)的(de)非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但(dàn)是(shì)由于这个实验(yàn)室(shì)刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以截(jié)至目前还无法(fǎ)提(tí)供相(xiāng)应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的(de)望(wàng)远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的视野(yě)是哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们(men)极(jí)有可能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者说是生命进化的一(yī)个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质(zhì)存在的(de)实(shí)际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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