宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何会存在科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现(xiàn)任何的(de)有效(xiào)证据(jù)。除(chú)了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天体通过(guò)引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了(le)海王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发(fā)现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大(dà)天文成(chéng)就的例子(zi)。但是这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)都是在(zài)恒(héng)星系统的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系(xì)或(huò)者是星团的(de)尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测(cè)量后发星(xīng)系团的质量。这是一(yī)个由数千个星系(xì)所组(zǔ)成(chéng)的巨(jù)大(dà)星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般(bān)会使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得(dé)其(qí)"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力(lì)学质量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各(gè)个星(xīng)系相对(duì)于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存在(zài)，我们无(wú)法看到(dào)。最诡异的(de)是，在测量速度的过(guò)程中，兹(zī)威基发现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在(zài)星系团内的(de)，它们早就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外(wài)了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力量(liàng)在起作用，这种力(lì)量(liàng)来源(yuán)于某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们(men)对(duì)这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心(xīn)越远的(de)恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但是他们(men)观测的结果却(què)让人(rén)感(gǎn)到不(bù)可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的(de)万有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用(yòng)一种相(xiāng)对标准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系(xì)中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜测(cè)量(liàng)了距(jù)离星系中心更远距离(lí)的氢(qīng)元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并(bìng)不(bù)符合(hé)牛(niú)顿的(de)力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论速(sù)度，那(nà)么产生以上这种向心(xīn)加速(sù)度的(de)原因很(hěn)可能就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力(lì)效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家(jiā)根据星系(xì)外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释这个现象的(de)原因。在(zài)一(yī)项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出现速度上的(de)微小差异。另外，天(tiān)文(wén)学(xué)家还发现了一个反常的(de)星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河(hé)系不(bù)多，但(dàn)是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数量却只有银(yín)河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星(xīng)系必须(xū)存在暗物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科(kē)学(xué)家们使用最先进的(de)望远镜对(duì)其(qí)进(jìn)行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的(de)物质和力学定律来(lái)解释的。那(nà)么又有人(rén)提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一个(gè)大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是(shì)人类对引力(lì)的(de)理解还不(bù)够全面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度(dù)空间中的工作方式(shì)是(shì)不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中(zhōng)的(de)天体会(huì)沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动(dòng)。但是上升到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互作用则是不(bù)同的方式。对(duì)于在(zài)星(xīng)系团之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引入了(le)外部场效应的概念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定(dìng)律进行修正，这些发(fā)现也(yě)让(ràng)很(hěn)多人认(rèn)为暗(àn)物质假(jiǎ)说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的(de)其(qí)他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙德理论所没法解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系(xì)团大部分的(de)质量将位(wèi)于所有这些气体所在(zài)的(de)中间区域。那么我们通过什么(me)来验证它(tā)的(de)质量(liàng)区域(yù)到底是不是(shì)集(jí)中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球(qiú)上(shàng)的观(guān)测(cè)者之间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的(de)大质(zhì)量区域并不是(shì)在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好的解释(shì)方法就(jiù)是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接(jiē)通(tōng)过了(le)这(zhè)个区域(yù)，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中红色(sè)的(de)部分表(biǎo)示温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表示相对较冷(lěng)的区域(yù)，但实际上它们之间(jiān)的温(wēn)差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景背景分离(lí)后的二值(zhí)图像进行连(lián)通域提取和标(biāo)记之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看(kàn)起来(lái)不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是一(yī)致的(de)。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质(zhì)就是(shì)宇宙当(dāng)中存(cún)在着某(mǒu)种类型的粒子，它(tā)们(men)不参与(yǔ)任何其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力(lì)来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒(lì)子的存在(zài)，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物(wù)质存(cún)在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经提(tí)出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需要(yào)的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物五的大写是什么质(zhì)”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的实(shí)验，却(què)没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的(de)格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山(shān)下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最五的大写是什么大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学(xué)家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个(gè)有趣的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年(nián)的(de)6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着银(yín)河系(xì)进行移动，那(nà)么如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年(nián)的时(shí)间，地(dì)球围绕太(tài)阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致(zhì)的，而(ér)另(lìng)外半年(nián)则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太(tài)阳的(de)方向正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿越暗(àn)物质流最(zuì)快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳系相对(duì)银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是(shì)这并(bìng)不影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也(yě)可(kě)能是(shì)温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立(lì)了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在(zài)这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动(dòng)特(tè)征和第一个实(shí)验(yàn)室(shì)是一(yī)样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相同(tóng)的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗(àn)物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不(bù)久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一(yī)台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的(de)视(shì)野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一(yī)个关键(jiàn)的用(yòng)途(tú)就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命进(jìn)化的(de)一(yī)个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一(yī)理论得到进一步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找到(dào)暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质(zhì)到(dào)底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力(lì)！

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