宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学(xué)无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗(àn)物质存在(zài)的证据(jù)，科学(xué)家们在过去的(de)几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期(qī)实验，但(dàn)是却(què)没有发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据(jù)。除了一个(gè)地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的(de)几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的(de)天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过(guò)天(tiān)王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现(xiàn)都是应(yīng)用(yòng)万(wàn)有引力定(dìng)律所取得重大天文(wén)成就的例子(zi)。但是(shì)这些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究(jiū)和测量后发星(xīng)系团的(de)质量(liàng)。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星(xīng)系团的(de)质量一(yī)般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两种方法结果一(yī)致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测(cè)量星系团(tuán)中的各个(gè)星系相对于星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量结(jié)果(guǒ)出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以可见光的(de)形(xíng)式所存(cún)在(zài)，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异(yì)的是(shì)，在(zài)测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发(fā)现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的(de)引(yǐn)力(lì)是无法将它(tā)们束缚在星系(xì)团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的(de)力量在起作(zuò)用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部(bù)分(fēn)不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们(men)对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙(xiān)女座星系中的(de)恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人(rén)感(gǎn)到(dào)不(bù)可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如(rú)果没有足够大(dà)的(de)质量来吸引它们(men)，这些外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一(yī)种相对标(biāo)准的方(fāng)法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是(shì)测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的力(lì)量进入其中。

于(yú)是科(kē)学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离(lí)星系中心(xīn)更远距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们(men)的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万有引(yǐn)力定律进行计(jì)算，太阳系的(de)运行速度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度(dù)远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的(de)原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看(kàn)不(bù)到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多(duō)的研究人员开铜祖在古代是干什么的，铜祖是什么用处始相信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外(wài)恒星(xīng)轨(guǐ)道的(de)速度，估(gū)算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质(zhì)量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解释(shì)这个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科学家们(men)发现(xiàn)，几(jǐ)乎没(méi)有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星之间，也会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还发现了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河(hé)系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必(bì)须(xū)存在暗(àn)物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科学家们(men)使(shǐ)用(yòng)最先(xiān)进的望远镜对其进(jìn)行了(le)40个小时的详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的(de)恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个大(dà)星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相互(hù)作用则是不同的(de)方式。对(duì)于(yú)在星系(xì)团之间的(de)相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们(men)需(xū)要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人(rén)认(rèn)为(wèi)暗物(wù)质假说理论就(jiù)此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大(dà)部(bù)分的普通(tōng)质量(liàng)都在星系(xì)的气(qì)体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的(de)相互作(zuò)用就会导致(zhì)温度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于(yú)所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通过什么来(lái)验(yàn)证它的(de)质量区域到底是不是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形(xíng)变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什么(me)问(wèn)题(tí)，而是这样(yàng)极遥远的天体和(hé)我们地(dì)球上的观测(cè)者之间。被(bèi)一(yī)个质(zhì)量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的(de)天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发(fā)现它的大质量区域(yù)并不是(shì)在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测到的(de)质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则直(zhí)接通过了这个区(qū)域，并在两边形成(chéng)了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存(cún)在的(de)迄今(jīn)为止最好的(de)理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无(wú)阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后(hòu)，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了(le)各相同性的(de)微波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色(sè)则表示(shì)相对较冷的区域(yù)，但实(shí)际上它们(men)之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图(tú)像进行连通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不(bù)应(yīng)该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测(cè)量值，我们(men)需要(yào)的(de)暗物质大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动所(suǒ)需(xū)要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同的(de)观测结(jié)果。而暗物质的(de)本(běn)质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不(bù)参与任(rèn)何其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如(rú)果(guǒ)能够找到(dào)这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种粒子到(dào)底是什么(me)？科学家们已经提(tí)出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要的(de)实验方(fāng)式也不(bù)相(xiāng)同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规物(wù)质(zhì)相互(hù)作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地(dì)球上最(zuì)大(dà)的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三(sān)层(céng)楼高的探测(cè)器，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的(de)事(shì)情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到(dào)最(zuì)低(dī)，而(ér)且在20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会产生周(zhōu)期性的(de)年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们(men)也在以这样的速(sù)度(dù)在(zài)穿越着(zhe)暗(àn)物质流(liú)，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到(dào)完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释(shì)，研究人员们所观测到(dào)的(de)周期(qī)性(xìng)信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的(de)数(shù)量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流(liú)的运(yùn)动特征和第一个(gè)实(shí)验室是一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提(tí)供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台(tái)新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这(zhè)台太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)叫(jiào)做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器(qì)提(tí)供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜其中一个(gè)关(guān)键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待(dài)了。费(fèi)米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发(fā)现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生(shēng)命(mìng)进化(huà)的(de)一个重要因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那(nà)么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质(zhì)会不会意(yì)味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应(yīng)创造(zào)生命。当(dāng)然(rán)，这些(xiē)推论的(de)大前(qián)提(tí)是要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你(nǐ)们(men)觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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