宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存在科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物(wù)质存在的证据，科学(xué)家(jiā)们在过去的(de)几十(shí)年当中进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力(lì)定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的(de)异(yì)常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都是(shì)应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在研(yán)究和(hé)测量后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个由数千个(gè)星(xīng)系所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其(qí)质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要(yào)的(de)数据是测量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移(yí)测量星(xīng)系团中的各个星系(xì)相对(duì)于(yú)星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测量结果出(chū)来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星(xīng)系(xì)团中(zhōng)很(hěn)多星系的速(sù)度(dù)比(bǐ)理论上要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生(shēng)的(de)引力(lì)是无法将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹(zī)维(wéi)基(jī)提(tí)出(chū)了(le)这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们(men)却(què)占据(jù)着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量。只是(shì)当时(shí)的人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙(xiān)女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在其(qí)轨(guǐ)道上的(de)运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们(men)观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如(rú)果没(méi)有足(zú)够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会(huì)使(shǐ)用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质的力(lì)量进(jìn)入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那么(me)产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度(dù)的原因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引(yǐn)力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从(cóng)这(zhè)时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据(jù)星(xīng)系外(wài)恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物(wù)质的质(zhì)量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还(hái)发现了一(yī)个反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星系(xì)当中存在的恒星数量却(què)只有银(yín)河系的千分(fēn)之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使(shǐ)用(yòng)最先(xiān)进(jìn)的(de)望远镜(jìng)对(duì)其进(jìn)行(xíng)了40个小时的(de)详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运(yùn)动是可以用正常的物(wù)质和力学(xué)定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存(cún)在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能就是人类(lèi)对(duì)引力的理解还不够全(quán)面，引力很可(kě)能(néng)在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度(dù)，引力之(zhī)间(jiān)的(de)相(xiāng)互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年的(de)规模上，巨大(dà)的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成(chéng)立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对现在的物(wù)理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也(yě)让很(hěn)多人认为暗(àn)物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的(de)其(qí)他的理论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据(jù)是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年(nián)的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大(dà)部(bù)分的质量(liàng)将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我们(men)通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是(shì)不(bù)是(shì)集中在中(zhōng)间(jiān)呢(ne)？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大的形(xíng)变(biàn)。其实(shí)这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出(chū)了什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量(liàng)超(chāo)级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨(jù)大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的(de)大(dà)质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在(zài)了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过了(le)这个(gè)区域，并(bìng)在两边(biān)形成了引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究(jiū)也被(bèi)认为是暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多(duō)亿年之(zhī)后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留(liú)下了各(gè)相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示(shì)相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差(chà)只有万分之一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背景分(fēn)离后的(de)二(èr)值图像进行连(lián)通域提取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看起来不应该是(shì)这样的(de)，而随着(zhe)暗(àn)物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地(dì)解(jiě)释了(le)很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参与(yǔ)任何(hé)其他(tā)的(de)电磁(cí)作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了(le)暗物(wù)质存在(zài)的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子(zi)到底是什么(me)？科学家(jiā)们(men)已经提出了数十种(zhǒng)的(de)假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找这些不同(tóng)的目标粒子(zi)所需(xū)要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相(xiāng)互(hù)作用的(de)“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性(xìng)的(de)发现，除(chú)了(le)一个地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学(xué)实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了(le)20多(duō)年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而(ér)且在(zài)20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可能是人(rén)类发现暗物质的(de)第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的(de)年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中(zhōng)会(huì)产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河系的方(fāng)向(xiàng)是(shì)一(yī)致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)正好达(dá)到完全一致，这是理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银(yín)河系(xì)的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的(de)周期性信号。当然也可能(néng)有其(qí)他(tā)的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号的(de)差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的(de)水(shuǐ)分(fēn)、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客的(de)数量也符合这个(gè)周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节(jié)与之(zhī)前的实验室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地(dì)球穿过(guò)暗物(wù)质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这(zhè)里可以得到相同(tóng)的信(xìn)号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常(cháng)有力(lì)的(de)证(zhèng)据了(le)。但是由(yóu)于这个实验室刚(gāng)刚建成(chéng)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将会发射一台新(xīn)的(de)望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命进化(huà)的一个重要因素。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当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(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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