宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证(zhèng)据(jù)。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的(de)时候(hòu)，他们(men)就(jiù)会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现(xiàn)了(le)海王(wáng)星(xīng)的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发(fā)现都是应用万(wàn)有引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大(dà)天文成(chéng)就的(de)例(lì)子。但是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升(shēng)到星(xīng)系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研究和测(cè)量后发星系(xì)团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般(bān)会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定(dìng)其(qí)质量(liàng)的范围(wéi)。

第(dì)一种是(shì)获得其"光(guāng)度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个(gè)星系的(de)光度。

第二种是动力学(xué)质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星(xīng)系相对于星系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然(rán)是(shì)“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿(dùn)的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量(liàng)所产生(shēng)的(de)引力是无法将它(tā)们(men)束缚(fù)在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系(xì)团之(zhī)外了(le)，除非有(yǒu)一种神秘的力量在(zài)起作用(yòng)，这种力量(liàng)来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是它们却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特(tè)在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来(lái)说(shuō)，距离(lí)中心越远的(de)恒(héng)星在(zài)其(qí)轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他们观测的(de)结果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持不变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来(lái)解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是(shì)测(cè)量星系当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是(shì)由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发(fā)现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银河系(xì)的(de)第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的(de)运行速(sù)度(dù)应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个(gè)实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度(dù)的(de)原因很可能就是存在着(zhe)一(yī)种我(wǒ)们看不到的(de)物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集(jí)在了(le)一起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人员开始(shǐ)相(xiāng)信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这(zhè)个现象(xiàng)的(de)原(yuán)因。在一项新的研(yán)究当(dāng)中，科学家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是(shì)星系当(dāng)中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其进(jìn)行了(le)40个小时(shí)的详细测量之(zhī)后(hòu)娱乐圈睡得最多的女星，娱乐圈中睡男人最多的女明星，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒(héng)星运动(dòng)是可(kě)以(yǐ)用(yòng)正常的(de)物质和力学定(dìng)律来解释(shì)的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系的(de)暗物(wù)质，已经(jīng)被附近的(de)另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除(chú)了暗物质的(de)假说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的(de)理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在(zài)不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体(tǐ)会(huì)沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用(yòng)则是不(bù)同的方式。对于在星系团(tuán)之间的(de)相互作用(yòng)，科学(xué)家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成(chéng)立，这意味(wèi)着(zhe)我们需要对现(xiàn)在(zài)的物(wù)理定律进行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也(yě)让很多(duō)人认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就此终结(jié)。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗(àn)物(wù)质存在的其他(tā)的理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解(jiě)释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通(tōng)质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气(qì)体的相(xiāng)互作用(yòng)就(jiù)会导致温度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大(dà)部分的质量将位(wèi)于(yú)所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们(men)通过什么来验证它的质(zhì)量区域到底是(shì)不是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中(zhōng)我们可(kě)以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形(xíng)变。其实这些星系(xì)本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远(yuǎn)的(de)天体和(hé)我(wǒ)们地球上的观测(cè)者之间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了(le)扭(niǔ)曲(qū)。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区域(yù)并(bìng)不是在中间(jiān)，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区域(yù)，并在(zài)两边形成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团的(de)引力透(tòu)镜(jìng)研究(jiū)也被认为是(shì)暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为(wèi)止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了(le)。经过了(le)130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了各相同性的微波(bō)辐(fú)射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但实(shí)际上它们之(zhī)间的(de)温差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们(men)通过(guò)对前景背景(jǐng)分(fēn)离后(hòu)的二(èr)值(zhí)图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质，图形看起来不(bù)应该是(shì)这样的，而随着暗(àn)物(wù)质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗(àn)物质比(bǐ)例是一致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参(cān)与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物(wù)质存在的实(shí)际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么(me)？科(kē)学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不(bù)同(tóng)的目(mù)标粒子所需(xū)要(yào)的实验方式(shì)也不相同。在过(guò)去的几十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找这些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过(guò)50次的(de)实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的(de)格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的(de)地学(xué)实验(yàn)室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质粒子的(de)周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们(men)发现了一个有(yǒu)趣(qù)的(de)事情(qíng)。探测率会(huì)在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是一样(yàng)。一(yī)些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直(zhí)接(jiē)证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全(quán)一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对(duì)银河系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期(qī)信号(hào)的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连(lián)意大(dà)利(lì)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(nán)半球(qiú)建立了(le)一个几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季(jì)节(jié)与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征和第(dì)一个实(shí)验室是(shì)一样的。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以得(dé)到相(xiāng)同的(de)信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在(zài)的(de)非常(cháng)有力的(de)证(zhèng)据(jù)了。但是(shì)由(yóu)于这个(gè)实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还(hái)无法提(tí)供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗物(wù)质存在，它(tā)们极有可(kě)能拥(yōng)有(yǒu)另一种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意(yì)味(wèi)着(zhe)人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那么(me)小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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