宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存(cún)在的证据，科学家们(men)在过去的(de)几十(shí)年当中进行(xíng)了(le)超过50次(cì)的长(zhǎng)期(qī)实验(yàn)，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当(dāng)天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符(fú)合(hé)万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有(yǒu)引力(lì)定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是(shì)这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上升到(dào)星系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和测(cè)量后(hòu)发星系团的(de)质(zhì)量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质(zhì)量一般(bān)会使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一(yī)致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的范围(wéi)。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是(shì)测量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个(gè)星系相对(duì)于(yú)星(xīng)系团的运动速度。当(dāng)测(cè)量结(jié)果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所(suǒ)产生的引(yǐn)力(lì)是无法将(jiāng)它(tā)们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除(chú)非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在(zài)起作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是(shì)当时(shí)的人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特(tè)在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其(qí)轨(guǐ)道(dào)上(shàng)的运(yùn)行(xíng)速度就会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定律，在(zài)星系(xì)当(dāng)中如(rú)果没有足够大的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的(de)恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一(yī)种相(xiāng)对标准的方法来(lái)解释暗物质(zhì)的存在(zài)，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距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距离的(de)氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银(yín)河系(xì)的(de)第(dì)三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定律(lǜ)进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的原因(yīn)很可(kě)能就是存在着一(yī)种我们看(kàn)不到的(de)物质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是(shì)从(cóng)这时(shí)开(kāi)始，越来越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信(xìn)暗物(wù)质的存在(zài)。科(kē)学家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可以解释这(zhè)个(gè)现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会出现速度(dù)上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星(xīng)系当中存(cún)在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星系必(bì)须存在暗(àn)物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星运(yùn)动是(shì)可以用正(zhèng)常的物质和力学定(dìng)律来(lái)解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经(jīng)被(bèi)附近的(de)另(lìng)一(yī)个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就是人(rén)类对引(yǐn)力的理解还不够全(quán)面(miàn)，引力很可(kě)能在不同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但是上升到(dào)星系和星(xīng)团的尺度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入(rù)了外部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年的规(guī)模上(shàng)，巨(jù)大的(de)质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现在的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中(zhōng)还(hái)有关(guān)于暗物(wù)质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会(huì)导致温(wēn)度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量(liàng)将位于(yú)所有这些气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那(nà)么我们(men)通过什(shén)么来(lái)验(yàn)证它的质量区(qū)域(yù)到底是(shì)不是(shì)集(jí)中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照(zhào)片(piàn)中我们(men)可以(yǐ)明(míng)显(xiǎn)地看(kàn)到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些(xiē)星系(xì)本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是(shì)这(zhè)样(yàng)极遥远的天体和我们地球(qiú)上的(de)观测者(zhě)之间。被一个质量超级(jí)巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能(néng)是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发(fā)现它(tā)的大质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而(ér)是在(zài)两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的解(jiě)释方法就是(shì)当星团(tuán)发生全部的(de)碰撞时(shí)，可(kě)被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物(wù)质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据(jù)。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终于(yú)可(kě)以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上(shàng)留(liú)下了(le)各(gè)相同(tóng)性的微波(bō)辐(fú)射。其(qí)中红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的(de)区域，但(dàn)实(shí)际(jì)上它们之(zhī)间的(de)温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对(duì)前(qián)景背景分(fēn)离(lí)后的二值图像进行连通域(yù)提(tí)取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不(bù)应该是这样的，而随着暗(àn)物质(zhì)的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值，我们(men)需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例(lì)是(shì)一(yī)致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何(hé)其他(tā)的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物质(zhì)存在的实(shí)际(jì)证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是什么(me)？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不(bù)同的目标粒子(zi)所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相互作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而(ér)且(qiě)在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样(yàng)。一些科学(xué)家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可(kě)能(néng)是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以这样的(de)速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河系的方向是(shì)一致的，而(ér)另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向(xiàng)正好达(dá)到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流(liú)最快的(de)时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜，但是(shì)这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员们所(suǒ)观测到的(de)周(zhōu)期(qī)性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年(nián)度(dù)周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在(zài)南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎(hū)相同(tóng)的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验(yàn)室正(zhèng)好相反(fǎn)，而(ér)在(zài)这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物(wù)质流的(de)运动特征和(hé)第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物(wù)质(zhì)所存在(zài)的(de)非(fēi)常(cháng)有力的证据了(le)。但(dàn)是由于(yú)这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供(gōng)相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)其(qí)中(zhōng)一(yī)个关(guān)键的用途就是(shì)探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发(fā)现，如果暗物质(zhì)存在，它们(men)极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或者说(shuō)是(shì)生(shēng)命进(jìn)化的一个(gè)重要因素。

如果这一(yī)理论得到进(jìn)一步(bù)的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的(de)效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你(nǐ)们觉(jué)得暗(àn)物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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