宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在(zài)科(kē)学(xué)无(wú)法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的(de)证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了(le)一个(gè)地(dì)方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学(xué)家们(men)发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道(dào)的(de)异(yì)常，推算并且发现了(le)海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文(wén)成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当(dāng)中(zhōng)，可当(dāng)我们(men)上升(shēng)到星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个(gè)星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团(tuán)的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一(yī)致(zhì)，就可以(yǐ)确(què)定其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是(shì)利用(yòng)光谱红移测量星(xīng)系团中的各(gè)个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的(de)质(zhì)量消失(shī)了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可见光的(de)形(xíng)式(shì)所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现星(xīng)系(xì)团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质(zhì)量所(suǒ)产(chǎn)生的引力(lì)是无法将它们(men)束缚在(zài)星系(xì)团内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外(wài)了(le)，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了这(zhè)样部分不可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人(rén)们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒(héng)星(xīng)在(zài)其轨(guǐ)道上(shàng)的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的结果却(què)让人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度(dù)几乎(hū)保持(chí)不变。可(kě)是(shì)根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们(men)，这些(xiē)外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于这(zhè)种现象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的(de)方法(fǎ)来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法(fǎ)就(jiù)是测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距(jù)离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于(yú)是科(kē)学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更(gèng)远距(jù)离的(de)氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转速度并不符合牛(niú)顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于(yú)银(yín)河系的第三悬臂之上，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万(wàn)有引力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际速(sù)度远远大(dà)于理论速度，那(nà)么(me)产生以上这种向心加速度的原因很可能(néng)就(jiù)是存(cún)在着(zhe)一种我们看(kàn)不到的(de)物质，是(shì)这(zhè)些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的(de)研究(jiū)当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但(dàn)是星(xīng)系当中存在的恒星数量(liàng)却(què)只(zhǐ)有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物(wù)质(zhì)，否则(zé)就会分崩离(lí)析(xī)。但是科(kē)学家们使(shǐ)用最(zuì)先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的(de)物(wù)质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物(wù)质的假说(shuō)之外(wài)，另一种可(kě)能(néng)就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但(dàn)是上升到星(xīng)系(xì)和星团(tuán)的尺度(dù)，引力(lì)之间的相(xiāng)互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意味着我们需要对现在(zài)的(de)物理(lǐ)定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这样的(de)星团(tuán)，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系(xì)的气(qì)体当中(zhōng)。当(dāng)星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的(de)相互作用就会导致温(wēn)度的(de)急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在的(de)中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质量区域到底是(shì)不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜(jìng)传回(huí)了(le)宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全(quán)彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们(men)可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星(xīng)系(xì)本身并不(bù)是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么(me)问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的(de)观测者之(zhī)间。被一个质量超级(jí)巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引(yǐn)力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引力(lì)透镜效应(yīng)。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区域并不是在(zài)中间(jiān)，而(ér)是在(zài)两侧(cè)。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部分表示温(wēn)度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区(qū)域(yù)，但实际上它们(men)之(zhī)间(jiān)的温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们(men)需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运动所需要(yào)的暗(àn)物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了(le)一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过(guò)引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的(de)存(cún)在，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗(àn)物质存在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家们(men)已经提出了数十(shí)种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同的(de)目标粒子所需要的(de)实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几(jǐ)乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行(xíng)了(le)超过50次的(de)实(shí)验，却没有(yǒu)任何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大(dà)的(de)地学(xué)实验室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡(dàng)。

自(zì)1997年(nián)以来(lái)，这里的(de)科学家声称观(guān)测(cè)到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在(zài)20年当云南属于南方还是北方，云南属于南方还是北方人中每年(nián)都是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)第一个直(zhí)接证据(jù)。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流，这个(gè)过(guò)程中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时(shí)地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向(xiàng)与太阳环(huán)绕(rào)银河系的(de)方向是一致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个(gè)理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这可以用来解释(shì)，研究人(rén)员(yuán)们所观测(cè)到的(de)周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的(de)运(yùn)动特征(zhēng)和第(dì)一个实验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物(wù)质所存在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了(le)。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无(wú)法提供(gōng)相(xiāng)应(yīng)的数(shù)据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关(guān)键(jiàn)的(de)用(yòng)途就(jiù)是(shì)探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科(kē)学家丹琥珀和贾森斯云南属于南方还是北方，云南属于南方还是北方人特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一(yī)步(bù)的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你(nǐ)们(men)觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更(gèng)新(xīn)的动(dòng)力！

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