宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为何(hé)会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了(le)寻找暗(àn)物质存在的(de)证据，科学(xué)家们在过去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次(cì)的长期实验(yàn)，但是(shì)却没有发现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的(de)规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家(jiā)们发现某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的(de)轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就(jiù)通过(guò)天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星的(de)存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用(yòng)万有引(yǐn)力(lì)定律所(suǒ)取得(dé)重大天文(wén)成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测(cè)量(liàng)后发星(xīng)系(xì)团的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一(yī)般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第一(yī)种是(shì)获得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是测量各(gè)个(gè)星系的(de)光度(dù)。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测(cè)量星系团(tuán)中的各(gè)个星系相(xiāng)对(duì)于星系团的运动(dòng)速度。当测量结(jié)果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的(de)过程中(zhōng)，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生的引(yǐn)力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用(yòng)，这种力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们(men)对(duì)这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再一次出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾(bīn)和肯(kěn)特(tè)福(fú)特在观测(cè)仙女(nǚ)座星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运行速度(dù)就会越慢。但是他们(men)观测的(de)结果却让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中如果没有(yǒu)足够大的质(zhì)量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外围的(de)恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于这种现(xiàn)象，科(kē)学家们会(huì)使(shǐ)用一(yī)种相对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的(de)存在，这种(zhǒng)方法就是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心的距(jù)离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进(jìn)入(rù)其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元素(sù)，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并不(bù)符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可(kě)能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越多的(de)研(yán)究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也(yě)会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系(xì)距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系(xì)必须(xū)存(cún)在暗(àn)物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量(liàng)之后(hòu)，发(fā)现星系中的(de)恒星运动是可以用(yòng)正常的物(wù)质和力(lì)学定律来(lái)解释的(de)。那(nà)么又有人(rén)提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没有任何(hé)星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象的除(chú)了暗(àn)物(wù)质的(de)假说之外，另(lìng)一种可能(néng)就是人类对引力(lì)的理(lǐ)解还不(bù)够全面，引力很可能在不(bù)同尺度(dù)空间中的(de)工作(zuò)方式(shì)是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的(de)方式运(yùn)动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的(de)相互作用则是不同的方(fāng)式(shì)。对于在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引入了外(wài)部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们(men)需要对现在的物(wù)理(lǐ)定律进行修正，这(zhè)些发(fā)现也让很多(duō)人认(rèn)为暗物质假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存(cún)在的其(qí)他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的(de)子弹(dàn)星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的(de)普(pǔ)通(tōng)质量(liàng)都在星系的(de)气(qì)体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就会(huì)导致温(wēn)度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气(qì)体所在的中间区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么来(lái)验证它的质量区域(yù)到底(dǐ)是不(bù)是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们(men)可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的(de)形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地(dì)球上的观测者之间。被一(yī)个(gè)质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的(de)东西(xī)的(de)引(yǐn)力(lì)，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现象就是(shì)引力(lì)透(tòu)镜效应(yīng)。这(zhè)个巨(jù)大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它(tā)的大(dà)质量区域并不是在中间，而(ér)是在(zài)两侧(cè)。所以最(zuì)好的(de)解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时(shí)，可(kě)被(bèi)观(guān)测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这(zhè)个(gè)区域，并(bìng)在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的(de)引力透镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止最(zuì)好的(de)理论证(zhèng)据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐(fú)射(shè)。其中(zhōng)红色(sè)的部分(fēn)表示温度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连(lián)通域提取和(hé)标记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应(yīng)该(gāi)是这样的(de)，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些峰值的(de)幅度(dù)会(huì)减小，才(cái)变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗(àn)物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释(shì)了很(hěn)多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。这种粒(lì)子(zi)到底是什么？科学(xué)家(jiā)们已经提出了数十种的(de)假想目(mù)标，而要寻(xún)找这(zhè)些不(bù)同的目标粒(lì)子所需要的实验方(fāng)式(shì)也(yě)不相同。在过(guò)去的几十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除了一个地(dì)方，意别急老师今天晚上随你弄，别急老师来满足你大(dà)利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地(dì)下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学(xué)实验(yàn)室(shì)，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直(zhí)致(zhì)力(lì)于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到(dào)最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每年(nián)都是一样。一(yī)些(xiē)科学家认(rèn)为这(zhè)可能是人类发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么(me)暗(àn)物质会产生周期(qī)性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们(men)也在以(yǐ)这样的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银(yín)河系的方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽(jǐn)管在实(shí)际的(de)情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不(bù)影响这个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能(néng)有(yǒu)其他的(de)情(qíng)况(kuàng)，造(zào)成这种年度(dù)周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了(le)一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征和第一个实(shí)验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有(yǒu)力(lì)的证据了(le)。但是由于(yú)这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前还(hái)无法提(tí)供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个(gè)关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥(ào)秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极(jí)有可能(néng)拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的(de)实际(jì)证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质(zhì)到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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