宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家们(men)在(zài)过去(qù)的(de)几十年当中进(jìn)行了(le)超过50次的长期实(shí)验，但是却(què)没有发现(xiàn)任何(hé)的有效证(zhèng)据(jù)。除(chú)了一(yī)个地(dì)方，在(zài)1687年出(chū)版的(de)自然哲学(xué)数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的(de)规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学(xué)家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围(wéi)一定有未知的天(tiān)体通(tōng)过引力(lì)在摄动它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)的(de)异(yì)常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这些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(zhě)是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基(jī)正在研究和(hé)测量后(hòu)发星系团的(de)质(zhì)量(liàng)。这是(shì)一个(gè)由(yóu)数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数(shù)据是测量各个星系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力(lì)学质(zhì)量(liàng)的计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中(zhōng)的(de)各个星(xīng)系相对(duì)于星系团的运动速度(dù)。当测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度(dù)的过程中，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中很多星系的(de)速度比理论上(shàng)要快得(dé)多，按照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力(lì)是无法将它们束缚在星系(xì)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量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来(lái)源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部分不(bù)可(kě)见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大(dà)部分的(de)质量。只是(shì)当时的人(rén)们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们(men)观(guān)测的(de)结果(guǒ)却让人(rén)感(gǎn)到不可(kě)思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足够大(dà)的质(zhì)量来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用(yòng)一(yī)种相对(duì)标准(zhǔn)的(de)方法来(lái)解释(shì)暗物质的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测(cè)量星(xīng)系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发(fā)现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我香港区号是多少们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位(wèi)于银河系的第(dì)三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银(yín)河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理(lǐ)论速(sù)度，那(nà)么产生以上(shàng)这(zhè)种向心(xīn)加(jiā)速度的原因很(hěn)可(kě)能(néng)就是存在(zài)着一种我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质的引力(lì)效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是从这时(shí)开始(shǐ)，越来(lái)越多的研究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨道的(de)速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个(gè)现象(xiàng)的(de)原因。在一项新的研(yán)究(jiū)当中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎(hū)没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也(yě)会出现速度上的(de)微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但(dàn)是(shì)科学(xué)家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学(xué)定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有人(rén)提出，也许(xǔ)该星系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近(jìn)的(de)另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些现象的(de)除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解还(hái)不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式(shì)是(shì)不(bù)同的，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(suǒ)理(lǐ)解的(de)方(fāng)式运动。但是上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系和星团的(de)尺度(dù)，引力之间的(de)相互作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科(kē)学家(jiā)还引(yǐn)入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年(nián)的(de)规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味(wèi)着我们需(xū)要对现(xiàn)在的(de)物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多人(rén)认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物(wù)质存在的(de)其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质量都在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什么来验(yàn)证它(tā)的质量区域(yù)到底是不是(shì)集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张(zhāng)全(quán)彩(cǎi)的(de)高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观(guān)测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的(de)黑洞或(huò)者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系团观(guān)测的时(shí)候，发现它(tā)的大质(zhì)量区域并(bìng)不是(shì)在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团(tuán)发生全(quán)部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可(kě)被(bèi)观测到的质量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域(yù)，并(bìng)在(zài)两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色的部(bù)分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提(tí)取和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应(yīng)该是这样的(de)，而随着暗物(wù)质的(de)增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度(dù)会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一(yī)致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了(le)一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质(zhì)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(yǔ)任何(hé)其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果能够(gòu)找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已(yǐ)经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子(zi)所需要的(de)实(shí)验方式(shì)也不相同。在(zài)过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利(lì)的格(gé)兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地(dì)学(xué)实(shí)验(yàn)室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声称观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的(de)事情。探测(cè)率会在每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的(de)时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在(zài)6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全(quán)一致，这(zhè)是(shì)理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效(xiào)性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号(hào)。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也(yě)可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的香港区号是多少积雪(xuě)，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特(tè)征和(hé)第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可(kě)以(yǐ)成(chéng)为暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常有力的证据(jù)了。但是(shì)由于这个实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所(suǒ)以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提(tí)供相(xiāng)应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视野(yě)是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒(lì)子(zi)天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质存在，它们极(jí)有可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个(gè)重要因素(sù)。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进一(yī)步(bù)的证(zhèng)实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物质(zhì)会不(bù)会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗(àn)物(wù)质正在通过(guò)这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的动力！

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