宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造(zào)”的(de)？为(wèi)何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质存在(zài)的证(zhèng)据，科学家们(men)在(zài)过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有(yǒu)发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的(de)时候(hòu)，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力(lì)在摄动(dòng)它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的(de)异常，推算(suàn)并且发(fā)现了海王星(xīng)的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重(zhòng)大天文(wén)成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系(xì)统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到(dào)星系或者(zhě)是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这(zhè)是(shì)一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些(xiē)星(xīng)系被引力(lì)束缚(fù)在一起。测量星系(xì)团的质量(liàng)一般(bān)会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结(jié)果一(yī)致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第(dì)一种是(shì)获得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要的(de)数(shù)据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星(xīng)系相对(duì)于星(xīng)系团的运动(dòng)速度(dù)。当测(cè)量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并(bìng)不(bù)以可见光(guāng)的形式所存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过(guò)程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的(de)速度(dù)比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见(jiàn)星系(xì)的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该(gāi)被抛(pāo)出星系(xì)团之(zhī)外了，除(chú)非有一种神秘(mì)的力量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的(de)一种说法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福(fú)特(tè)在(zài)观测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其(qí)轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可(kě)思议(yì)。

随(suí)着与中心距离的(de)增(zēng)加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速(sù)度几乎保持(chí)不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们(men)会使用一种相对标(biāo)准的方法来解释(shì)暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距(jù)离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们(men)通(tōng)过射(shè)电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运行速度(dù)应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远远(yuǎn)大(dà)于(yú)理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加(jiā)速度的原因(yīn)很可(kě)能就是存(cún)在(zài)着一种我们(men)看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的(de)存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新的(de)研究当中(zhōng)，科(kē)学家们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效应的(de)遥(yáo)远恒(héng)星之(zhī)间(jiān)，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是(shì)星系(xì)当中存在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银(yín)河系的千分之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个(gè)小时的详(xiáng)细(xì)测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星运动是(shì)可以用正常(cháng)的物(wù)质(zhì)和(hé)力学(xué)定(dìng)律来(lái)解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物(wù)质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的(de)假说之外，另一(yī)种可(kě)能就是人类对引(yǐn)力的理解还(hái)不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式(shì)是(shì)不同的，这意味着在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道(dào八千米多少公里)，按照我们(men)所理(lǐ)解的方式运动。但是(shì)上升到星系(xì)和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的(de)相互作用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家还引入了(le)外部(bù)场效应(yīng)的概(gài)念，指的是在(zài)数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间(jiān)会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立(lì)，这意味着我们需要(yào)对现在的(de)物(wù)理定律进行修正，这些发(fā)现也让很(hěn)多人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终结。但是(shì)在(zài)宇宙当(dāng)中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它们大部分(fēn)的普通质量都在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质(zhì)量将位(wèi)于所(suǒ)有这些(xiē)气体所(suǒ)在(zài)的中间区域。那么我们通过(guò)什么(me)来验证它的质量区域到(dào)底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全(quán)彩的高清(qīng)照(zhào)片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实这些星系本(běn)身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大(dà)的天体可(kě)能是超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星(xīng)系团观(guān)测的时(shí)候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域并不是(shì)在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过(guò)了这(zhè)个区(qū)域，并(bìng)在两边(biān)形成了引力(lì)透镜。对(duì)子(zi)弹星系(xì)团的引力透镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最好的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年(nián)之后，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景上留下(xià)了各相(xiāng)同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高(gāo)的区域(yù)，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它(tā)们(men)之间的温(wēn)差只有万分之一。

科(kē)学(xué)家们(men)通过对前(qián)景(jǐng)背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图(tú)像进行连(lián)通域提(tí)取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物(wù)质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射(shè)的测(cè)量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星系当中恒(héng)星运(yùn)动(dòng)所需要(yào)的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒(lì)子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家们已经提(tí)出了数十(shí)种的(de)假想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需要(yào)的(de)实(shí)验方(fāng)式也不(bù)相同。在(zài)过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类(lèi)为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的实(shí)验(yàn)，却没有(yǒu)任何实(shí)质(zhì)性的(de)发(fā)现，除了一个地(dì)方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球上(shàng)最大的(de)地学实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的(de)周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探(tàn)测(cè)率会在每(měi)年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可(kě)能是人类发现暗物质的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质会(huì)产生周期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕银河系(xì)的方向是(shì)一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向(xiàng)正好达到完(wán)全(quán)一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可(kě)能(néng)有(yǒu)其他(tā)的(de)情况，造(zào)成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土(tǔ)壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游客的(de)数量(liàng)也符(fú)合(hé)这个周(zhōu)期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了(le)一(yī)个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流(liú)的运(yùn)动特征(zhēng)和(hé)第一个实验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信(xìn)号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视野是哈勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一(yī)种神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)的暗物(wù)质会不会意味着人(rén)类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗(àn)物质存在的实(shí)际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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