宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是(shì)什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年(nián)当中进行了(le)超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的(de)天体通过引力在摄动(dòng)它(tā)的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就(jiù)通过(guò)天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现(xiàn)都(dōu)是应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取得(dé)重大(dà)天(tiān)文(wén)成(chéng)就的(de)例(lì)子。但是这些发现都(dōu)是(shì)在(zài)恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到(dào)星系或者是星团(tuán)的(de)尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研(yán)究(jiū)和(hé)测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星(xīng)系(xì)所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被引力(lì)束(shù)缚(fù)在(zài)一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的(de)质量一(yī)般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其(qí)质量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系(xì)相对于星系(xì)团的运动速度。当测(cè)量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的(de)质量并(bìng)不(bù)以可见光的形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看(kàn)到。最(zuì)诡异的是(shì)，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹(zī)威(wēi)基(jī)发(fā)现星系团中(zhōng)很多星系的速(sù)度(dù)比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的(de)引力是无法将它们束(shù)缚在(zài)星系团内的，它(tā)们早就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外了(le)，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于(yú)某种隐形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部(bù)分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大(dà)部分的(de)质(zhì)量。只是当(dāng)时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越风采风彩两个词的区别是什么，风采风彩两个词的区别在哪远的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是(shì)他们观测的(de)结果(guǒ)却(què)让(ràng)人感到不(bù)可思议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象(xiàng)，科学(xué)家(jiā)们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存(cún)在，这种(zhǒng)方(fāng)法就(jiù)是(shì)测量星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于(yú)是(shì)科学家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测(cè)量了(le)距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合牛顿的力学(xué)定律。我们的太(tài)阳(yáng)系也(yě)不例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系(xì)的运行速度应该是(shì)160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实(shí)际(jì)上，太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以220千(qiān)米/秒(miǎo)的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能(néng)就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看(kàn)不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研(yán)究人(rén)员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的(de)存(cún)在。科学(xué)家根据(jù)星(xīng)系(xì)外恒星轨道的速(sù)度(dù)，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一(yī)可以解释(shì)这个现象的(de)原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上的(de)微(wēi)小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当中存在的恒星(xīng)数(shù)量却只(zhǐ)有(yǒu)银(yín)河系的(de)千分之一(yī)。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系必须(xū)存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星(xīng)运(yùn)动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它的(de)附近(jìn)没有任何星系存在。造(zào)成(chéng)这些现象的除了(le)暗物质的(de)假说之(zhī)外，另一种可能就(jiù)是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作方式(shì)是不同的，这意味(wèi)着在(zài)行星系(xì)尺度中的(de)天体(tǐ)会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运动(dòng)。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相互(hù)作(zuò)用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味(wèi)着我们需(xū)要对现在的(de)物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很(hěn)多(duō)人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为(wèi)37亿(yì)光年的(de)子弹星(xīng)系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的(de)星系团所组成，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部分的(de)普通质(zhì)量都在(zài)星系的气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过(guò)什么来(lái)验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可(kě)以明(míng)显地看到很多星系似(shì)乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这些星系风采风彩两个词的区别是什么，风采风彩两个词的区别在哪本身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥(yáo)远(yuǎn)的天体(tǐ)和我(wǒ)们(men)地球上的(de)观测(cè)者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天(tiān)体可(kě)能是超(chāo)大(dà)质量(liàng)的(de)黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星系团(tuán)观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就(jiù)是当(dāng)星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡(kǎ)在(zài)了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了这(zhè)个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的(de)引力透镜(jìng)研究(jiū)也被(bèi)认为是(shì)暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于(yú)可(kě)以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留(liú)下了各(gè)相同性的微波(bō)辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的(de)二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看起来不应该是(shì)这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数(shù)字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就(jiù)意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物(wù)质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙当中存在着(zhe)某种类(lèi)型的(de)粒(lì)子，它们不(bù)参与任何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于(yú)找到(dào)了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是(shì)什么(me)？科学家们(men)已(yǐ)经提出了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的(de)目标粒子(zi)所(suǒ)需要(yào)的(de)实验(yàn)方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些(xiē)看(kàn)不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎(hū)不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室(shì)，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层(céng)楼高的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观(guān)测到(dào)了(le)某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一(yī)个有趣(qù)的(de)事情(qíng)。探测(cè)率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低(dī)，而且在(zài)20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一些科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质会产生周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的(de)方向与太(tài)阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的(de)，而(ér)另外半年则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这(zhè)是理论(lùn)上(shàng)地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用(yòng)来解(jiě)释(shì)，研究人员们所(suǒ)观测到的(de)周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合这个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立(lì)了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的(de)季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流(liú)的(de)运动(dòng)特征和第一(yī)个实(shí)验室是(shì)一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同(tóng)的(de)信号，就可(kě)以成为暗(àn)物质所存在的非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但是由于(yú)这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提(tí)供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台(tái)新的(de)望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南(nán)希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以(yǐ)待了(le)。费米实验室粒子(zi)天体物(wù)理中(zhōng)心的(de)科学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个重要因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得到进一步的(de)证(zhèng)实，那(nà)么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的(de)效应创造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点(diǎn)赞，你的(de)支持(chí)是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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