宇宙是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进(jìn)行(xíng)了(le)超过(guò)50次的长(zhǎng)期实(shí)验(yàn)，但是(shì)却(què)没有发(fā)现任何的有效证据。除了(le)一个(gè)地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文(wén)学家们(men)发现某些(xiē)天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候，他们(men)就(jiù)会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且发(fā)现了(le)海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应(yīng)用(yòng)万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们上升到(dào)星系(xì)或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究(jiū)和测量后(hòu)发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由(yóu)数(shù)千个星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被(bèi)引力束缚(fù)在一起。测量星系(xì)团的(de)质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的(de)数据是(shì)测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于星(xīng)系团的运动速(sù)度(dù)。当测量结(jié)果(guǒ)出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动(dòng)力学(xué)质(zhì)量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看到。最诡异(yì)的(de)是，在测(cè)量速度(dù)的过程中，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中很多(duō)星(xīng)系的速(sù)度(dù)比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的质(zhì)量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源(yuán)于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但(dàn)是它们(men)却(què)占据着(zhe)宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是(shì)当(dāng)时(shí)的人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一次(cì)出(chū)现(xiàn)。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星在其轨道(dào)上的(de)运行速度(dù)就会越慢。但是他们(men)观测(cè)的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中(zhōng)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(wàn)有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的(de)质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的(de)恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使(shǐ)用一种相对标准的方法来(lái)解释(shì)暗物质的(de)存在(zài)，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗(àn)物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量了(le)距离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系(xì)的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大(dà)于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加(jiā)速度的原(yuán)因很可(kě)能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的(de)研(yán)究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物质的(de)存(cún)在。科(kē)学家根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的速(sù)度，估(gū)算(suàn)在星系当(dāng)中暗(àn)物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项新的(de)研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会出(chū)现速度上(shàng)的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小和银河(hé)系(xì)不多(duō)，但是星系(xì)当中存在的(de)恒星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析。但是科(kē)学家(jiā)们(men)使用(yòng)最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可(kě)以用正常的物质和力学定律来(lái)解释(shì)的。那么(me)又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附(fù)近没有任何(hé)星系存在。造(zào)成这些现象的除了(le)暗物(wù)质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全(quán)面，引力(lì)很可能(néng)在(zài)不(bù)同尺(chǐ)度空间(jiān)中的(de)工(gōng)作方式是不同的，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升(shēng)到(dào)星系和星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间(jiān)的相互作用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于(yú)在星系(xì)团之(zhī)间的相互(hù)作用，科(kē)学家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的是(shì)在(zài)数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要(yào)对现在的(de)物(wù)理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在(zài)的其他的理论(lùn)证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部分的普(p晓之以情,动之以理的意思是什么，晓之以理,动之以情出自哪里ǔ)通质(zhì)量都(dōu)在星系(xì)的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际气体的(de)相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气体所在的(de)中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过什么(me)来验证它(tā)的质(zhì)量区域到底(dǐ)是不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩的高清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可(kě)以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本(běn)身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什(shén)么问题(tí)，而(ér)是这(zhè)样极遥(yáo)远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系(xì)的(de)光(guāng)都发生(shēng)了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发(fā)现它(tā)的大(dà)质量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好(hǎo)的(de)解释方法就(jiù)是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被(bèi)观测到(dào)的质量气体被卡在(zài)了(le)中间，暗物质则(zé)直接通过(guò)了这(zhè)个区(qū)域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也(yě)被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之(zhī)间的(de)温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连(lián)通域提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的(de)增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当(dāng)中恒星运(yùn)动所需要的(de)暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多(duō)不同的观(guān)测(cè)结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒(lì)子(zi)的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的(de)实(shí)际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是(shì)什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子(zi)所需要的实验方(fāng)式也(yě)不(bù)相同。在过去的(de)几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没(méi)有任何实质(zhì)性的(de)发(fā)现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上最大(dà)的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物(wù)质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这(zhè)里的(de)科学家声(shēng)称观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经(jīng)过了20多(duō)年的(de)数据(jù)收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在(zài)每年(nián)的6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可(kě)能(néng)是(shì)人(rén)类发现暗物(wù)质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们(men)讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样的速(sù)度(dù)在(zài)穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这个(gè)过程(chéng)中会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年(nián)的(de)时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是一致的，而另(lìng)外(wài)半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河系(xì)的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释(shì)，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的(de)差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利游客的(de)数量也符合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半球建立了一(yī)个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特征和第一个实验室是(shì)一样(yàng)的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的(de)非常有(yǒu)力的证据了(le)。但是由于(yú)这个(gè)实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目前还(hái)无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一(yī)个关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研(yán)究(jiū)发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极(jí)有可(kě)能拥有另一种神(shén)秘的(de)效应，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质(zhì)存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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