宇宙是“人(rén)为(wèi)制造(zào)”的？为何会(huì)存(cún)在科(kē)学无法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学(xué)家(jiā)们(men)在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了万有德国柏林气候相当于中国哪 德国冬天冷还是北京冷引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学家(jiā)们发(fā)现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候(hòu)，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的(de)发现都(dōu)是应用(yòng)万有引力(lì)定律所取(qǔ)得重大(dà)天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系(xì)团(tuán)的(de)质量。这是一个由(yóu)数千个(gè)星系所组(zǔ)成的(de)巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系被引力束缚(fù)在(zài)一起。测量星(xīng)系团的质量一(yī)般会使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确(què)定其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据(jù)是(shì)测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利(lì)用(yòng)光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的(de)各个星系相对于星系(xì)团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消(xiāo)失(shī)了(le)，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系(xì)团中(zhōng)很多星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质(zhì)量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出(chū)星系(xì)团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种(zhǒng)力(lì)量来源于(yú)某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当(dāng)时的人们对这样的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说，距离中心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是他们观测的(de)结果却(què)让人感到不(bù)可思(sī)议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没(méi)有足够大的质量(liàng)来吸(xī)引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于(yú)这(zhè)种现象，科学(xué)家们(men)会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗物质的(de)存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力(lì)量进入其(qí)中。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射(shè)电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度(dù)并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的运行速度应(yīng)该是(shì)160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际(jì)上(shàng)，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那(nà)么产生以上这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们看不(bù)到的(de)物质，是这些暗物质的(de)引力效应(yīng)将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始，越来(lái)越多的研(yán)究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系(xì)外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗(àn)物(wù)质的(de)质量占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质(zhì)并不是(shì)唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力(lì)效应(yīng)的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天文学(xué)家还(hái)发现了一个(gè)反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河(hé)系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发(fā)现(xiàn)星(xīng)系(xì)中的恒星运动是(shì)可以用(yòng)正常的物质和(hé)力学定律来(lái)解释的。那(nà)么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造(zào)成这(zhè)些现象的除了(le)暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能(néng)就是人(rén)类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够(gòu)全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的(de)工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互(hù)作用(yòng)，科学家还引入(rù)了外部场(chǎng)效应(yīng)的概(gài)念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光(guāng)年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在(zài)的物理定律进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人认(rèn)为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其(qí)他的理论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙(méng)德理论所没法解释(shì)的(de)“引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的(de)星系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的星团，它们大(dà)部分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气(qì)体(tǐ)的相互作用(yòng)就会(huì)导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么(me)来验证(zhèng)它的(de)质量区(qū)域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明显地(dì)看(kàn)到很多星(xīng)系(xì)似(shì)乎被拉伸(s德国柏林气候相当于中国哪 德国冬天冷还是北京冷hēn)产生了巨大的(de)形变(biàn)。其(qí)实这些星系本(běn)身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们地球上(shàng)的(de)观测者之间。被(bèi)一个(gè)质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西的(de)引力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这(zhè)个现象(xiàng)就(jiù)是引力透(tòu)镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大(dà)的天(tiān)体可(kě)能是超大质量的(de)黑洞或(huò)者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对(duì)子(zi)弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区域(yù)并不是在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方法就是当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区(qū)域，并在两边(biān)形成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力(lì)透镜研(yán)究(jiū)也被(bèi)认(rèn)为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中最(zuì)古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿(yì)年(nián)之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的(de)微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温(wēn)度较(jiào)高的区域(yù)，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值(zhí)图(tú)像进(jìn)行连通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图形看起来不应该(gāi)是这样的(de)，而(ér)随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测量(liàng)值，我们(men)需要的(de)暗(àn)物(wù)质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就(jiù)很(hěn)好地解释(shì)了很(hěn)多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗(àn)物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类(lèi)型的(de)粒子(zi)，它(tā)们不参(cān)与任(rèn)何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要寻(xún)找这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没有任何(hé)实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球上(shàng)最大(dà)的地学(xué)实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称(chēng)观测到了(le)某种信(xìn)号(hào)。经过了(le)20多年(nián)的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些(xiē)科学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期(qī)性(xìng)的(de)年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着(zhe)暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环绕银河(hé)系的方向是一(yī)致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的(de)方(fāng)向正好(hǎo)达(dá)到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银(yín)河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是(shì)这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来(lái)解释，研究人(rén)员们所观(guān)测到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也(yě)可(kě)能有其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号(hào)的差异(yì)也(yě)可(kě)能是(shì)温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意(yì)大利(lì)游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一个几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的运动特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存(cún)在(zài)的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但是由于(yú)这(zhè)个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持(chí)。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是(shì)哈(hā)勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用途(tú)就是(shì)探(tàn)索暗(àn)物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了(le)。费米实验(yàn)室粒(lì)子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥(yōng)有另(lìng)一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持(chí)宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进(jìn)一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物(wù)质会不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行星上，暗(àn)物(wù)质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存(cún)在的(de)实(shí)际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是(shì)我更新的动(dòng)力！

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