宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们(men)在过去的几十年(nián)当中进行(xíng)了超过50次(cì)的(de)长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的(de)有效(xiào)证据(jù)。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿(dùn)发(fā)表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当天文学家们发(fā)现某些天体运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们(men)就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的(de)天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应用(yòng)万有引力(lì)定律所取(qǔ)得(dé)重大天文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发(fā)现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可(kě)当(dāng)我(wǒ)们(men)上升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨(cí)兹(zī)威(wēi)基(jī)正在研(yán)究和测量后发星(xīng)系(xì)团的质量(liàng)。这(zhè)是一(yī)个由数千个(gè)星系所组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计(jì)算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不(bù)以可见光的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速度的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系(xì)团(tuán)中很多星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引力是无(wú)法将它们束缚(fù)在(zài)星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出(chū)星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大(dà)部(bù)分的(de)质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的(de)人(rén)们对这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒(héng)星在(zài)其轨道(dào)上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们(men)观(guān)测的结(jié)果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议。

随(suí)着(zhe)与(yǔ)中心(xīn)距离(lí)的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在(zài)星(xīng)系当中如果没有足够大的质量(liàng)来(lái)吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于(yú)这种现象，科(kē)学家们会(huì)使用一种相对标准的(de)方(fāng)法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就(jiù)是测量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如(rú)果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就认为是(shì)由暗(àn)物质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿(dùn)的力(lì)学(xué)定(dìng)律。我们的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实(shí)际速度远远大(dà)于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以(yǐ)上(shàng)这(zhè)种向心(xīn)加速(sù)度的原因很可能(néng)就是(shì)存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的(de)物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的(de)研(yán)究人(rén)员开始相信暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根据星系外(wài)恒星轨道的速(sù)度，估算在(zài)星系(xì)当中暗物(wù)质的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一(yī)项新(xīn)的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家(jiā)还发(fā)现了一个(gè)反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是(shì)星系当中存在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银(yín)河系的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量之后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运动是可以用(yòng)正常的物(wù)质和力学定律来(lái)解释的。那么(me)又有人提出，也(yě)许该(gāi)星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经(jīng)被附近(jìn)的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附(fù)近没有任何星(xīng)系存(cún)在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是(shì)人(rén)类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很可能(néng)在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的工(gōng)作(zuò)方(fāng)式(shì)是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但(dàn)是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科(kē)学(xué)家还引(yǐn)入了外(wài)部场效(xiào)应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数(shù)百万光年的(de)规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离(lí)为(wèi)37亿光(guāng)年的子(zi)弹星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团(tuán)，它(tā)们大部分(fēn)的(de)普(pǔ)通质量都在星(xīng)系(xì)的气(qì)体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度的急(jí)剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有(yǒu)这些气(qì)体所在(zài)的(de)中间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地(dì)看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是(shì)这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球上的观(guān)测者(zhě)之间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会(huì)使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的(de)碰撞时(shí)，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系(xì)团的(de)引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认为是暗(àn)物质存在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些光(guāng)在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留下了(le)各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的(de)区域，但实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过(guò)对前景背景分离后的(de)二值图像进(jìn)行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这(zhè)样(yàng)的，而随着(zhe)暗物(wù)质的(de)增加(jiā)，一(yī)些峰值(zhí)的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的(de)暗物质比例是一(yī)致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多(duō)不(bù)同的观测(cè)结(jié)果。而暗(àn)物质的(de)本质就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着(zhe)某种类型(xíng)的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果能(néng)够找到这(zhè)种粒(lì)子(zi)的存在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗(àn)物质(zhì)存在的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不(bù)相同。在(zài)过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们(men)已经(jīng)进行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿(ā)尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地(dì)下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会(huì)在(zài)每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的(de)第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质(zhì)会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以这样(yàng)的(de)速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过(guò)程(chéng)中(zhōng)会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则(zé)与(yǔ)之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快的(de)时(shí)段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认为这可以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人(rén)员们所观测到的(de)周期性信(xìn)号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年(nián)度(dù)周期信号(hào)的(de)差异也(yě)可能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚至连(lián)意(yì)大(dà)利游客的(de)数量(liàng)也符合(hé)这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科(kē)学家们(men)又(yòu)在(zài)南半球建立(lì)了一个(gè)几乎相同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前(qián)的实验室(shì)正好相反，而在(zài)这(zhè)里(lǐ)，地球穿(chuān)过(guò)暗物(wù)质流的运动(dòng)特(tè)征和(hé)第一(yī)个实验室(shì)是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可(kě)以(yǐ)得(dé)到相同的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常有力的证据了(le)。但是(shì)由于这(zhè)个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还(hái)无法提供相应的(de)数据支持。另(lìng)外(wài)，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野把酒言欢下一句是什么意思，把酒言欢下一句是什么问君能有几多愁是哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一个关键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我们只能(néng)拭(shì)目以待(dài)了(le)。费米实验室粒(lì)子天体物理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是(shì)生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质(zhì)会不(bù)会(huì)意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质(zhì)正在(zài)通过这样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动(dòng)力(lì)！

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