宇宙(zhòu)是(shì)“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是(shì)什么(me)？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中进行了超过(guò)50次(cì)的长期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任(rèn)何(hé)的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学(xué)数学原(yuán)理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家(jiā)们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天(tiān)体通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重(zhòng)大(dà)天(tiān)文成就的例(lì)子。但是这些发现都(dōu)是在(zài)恒星系统(tǒng)的(de)尺度当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研(yán)究和测量后发星系团(tuán)的(de)质量。这是一(yī)个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系(xì)被引力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测(cè)量各(gè)个星系的光度。

第(dì)二(èr)种是动(dòng)力(lì)学(xué)质量的(de)计(jì)算，是(shì)利用光谱红移(yí)测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速(sù)度。当测量(liàng)结果出来(lái)之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速度比理论上要快得(dé)多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这样部分(fēn)不(bù)可见(jiàn)的暗质(zhì)，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距(jù)离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但是(shì)他们观测的结(jié)果却让人感到不(bù)可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保持(chí)不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够(gòu)大的质(zhì)量来吸引它们(men)，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及(jí)在(zài)Y轴(zhóu)上气(qì)体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为是由暗(àn)物质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于是科学(xué)家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了(le)距离星系中心(xīn)更(gèng)远距离(lí)的(de)氢元(yuán)素，发现它们的旋转速(sù)度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力(lì)学定律。我们的太(tài)阳系也不(bù)例(lì)外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围(wéi)绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种向心加(jiā)速(sù)度的原因很可能就是(shì)存(cún)在着(zhe)一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的(de)引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科(kē)学(xué)家(jiā)根据星系外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们(men)发(fā)现，几乎没有引力效应(yīng)的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但是(shì)星系当(dāng)中存在的恒星数(shù)量(liàng)却(què)只有(yǒu)银河系的千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上，该(gāi)星(xīng)系(xì)必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量之后(hòu)，发(fā)现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以用正常(cháng)的(de)物质和力学定(dìng)律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星系存在。造成这(zhè)些现象的(de)除了暗物质的假说之外(wài)，另一(yī)种可能(néng)就是人类对引(yǐn)力的理解还不(bù)够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着它们(men)的轨道(dào)，按照我(wǒ)们(men)所理解的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则(zé)是(shì)不同(tóng)的(de)方式。对于在星系团之间的(de)相(xiāng)互作用，科(kē)学家还(hái)引入(rù)了(le)外部场效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光年的(de)规模(mó)上，巨大的质量之间(jiān)会(huì)产生对彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他(tā)的理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部(bù)分的(de)普通质量(liàng)都在星(xīng)系的(de)气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质量将位于所有(yǒu)这(zhè)些(xiē)气体(tǐ)所在的(de)中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集(jí)中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以(yǐ)明显地(dì)看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的(de)形变。其(qí)实这些(xiē)星系本(běn)身并(bìng)不是真(zhēn)的(de)被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这(zhè)样极(jí)遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量(liàng)的东(dōng)西(xī)的引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对(duì)子(zi)弹(dàn)星系团观测的时候，发现(xiàn)它的(de)大质量区域并(bìng)不(bù)是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以最好(hǎo)的解释(shì)方(fāng)法就是当星团发生(shēng)全(quán)部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量气(qì)体被卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了(le)这个区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系(xì)团的(de)引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了(le)。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙(zhòu)空(kōng)间背(bèi)景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色(sè)的(de)部(bù)分表示(shì)温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它(tā)们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离(lí)后的二值图像进行连通(tōng)域提(tí)取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大约(yuē)是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需(xū)要(yào)的暗物质比例是一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的(de)本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着(zhe)某种类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引(yǐn)力来相(xiāng)互作(zuò)用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了(le)暗物质存(cún)在的(de)实(shí)际证据(jù)。这种粒(lì)子到底是什么(me)？科学家们已经提(tí)出(chū)了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在(zài)过(guò)去的(de)几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用(yòng)的(de)“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已经进行了超(chāo)过50次(cì)的实(shí)验，却没有任何实质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿(kuàng)井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最大的(de)地(dì)学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物(wù)质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收集，人(rén)们发现了(le)一个(gè)有趣(qù)的事情。探测(cè)率会(huì)在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一些科学(xué)家认(rèn)为这可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的(de)第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移(yí)动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在(zài)宇宙当中，这意(yì)味着我们也(yě)在(zài)以这样的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地(dì)球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕(rào)银河(hé)系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳(yáng)的(de)方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至(zhì)连(lián)意大利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一(yī)个(gè)几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征和第(dì)一个实验室是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质(zhì)所存在(zài)的非(fēi)常有古诗《画》的作者是谁？哪个朝代人，画的作者是哪个朝代的诗人(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野(yě)是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一种神(shén)秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是(shì)生命(mìng)进化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一理论得到进(jìn)一步的(de)证(zhèng)实，那(nà)么遍(biàn)布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这(zhè)样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。那(nà)么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我更新的动力(lì)！

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