宇宙(zhòu)是(shì)“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人(rén)类为了(le)寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的(de)证据(jù)，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出(chū)版的(de)自然哲(zhé)学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来提花棉是什么面料，提花棉和纯棉哪个好(lái)，当天文(wén)学(xué)家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力(lì)在(zài)摄动它的(de)轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现(xiàn)了海王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的(de)发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上升到星(xīng)系或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一(yī)个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的(de)质量(liàng)一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致(zhì)，就可以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度(dù)学的(de)质量"，需要的(de)数据是测量(liàng)各个星(xīng)系(xì)的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学(xué)质量的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的各个星(xīng)系相对(duì)于(yú)星系团的(de)运动速度(dù)。当测(cè)量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星(xīng)系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要(yào)快得多(duō)，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的引力(lì)是无(wú)法(fǎ)将它(tā)们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星(xīng)系(xì)团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分(fēn)的质量。只是当时的人们(men)对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观(guān)测仙(xiān)女座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中心(xīn)越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度(dù)就会越慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果却让人(rén)感到不可思(sī)议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些(xiē)外(wài)围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物(wù)质的(de)存在(zài)，这种方(fāng)法就(jiù)是(shì)测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了(le)距离星(xīng)系(xì)中心更远距离的(de)氢(qīng)元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符(fú)合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的(de)太(tài)阳系也(yě)不(bù)例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引力定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)计(jì)算，太阳系(xì)的运行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心加速度的(de)原因(yīn)很可能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看不到(dào)的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究(jiū)人(rén)员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的存(cún)在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是(shì)唯一(yī)可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有(yǒu)引(yǐn)力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学(xué)家还发(fā)现了(le)一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存在的恒(héng)星数(shù)量却只(zhǐ)有银(yín)河系(xì)的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离析(xī)。但是(shì)科(kē)学家们(men)使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可(kě)以用正常(cháng)的物质(zhì)和(hé)力学(xué)定律来解释的。那么又有人提(tí)出(chū)，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何(hé)星系存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能(néng)在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工(gōng)作(zuò)方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)则(zé)是不(bù)同的方(fāng)式。对于(yú)在星系团之间的(de)相互作(zuò)用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的(de)规模上，巨大(dà)的质量之间会产生(shēng)对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发(fā)现也让很多人(rén)认(rèn)为暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其(qí)他的(de)理论证据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)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(xīng)团，它(tā)们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致(zhì)温度(dù)的急(jí)剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质量将位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过什么来(lái)验证它的质量区域到底是(shì)不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和(hé)我们地球上的(de)观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量的东西的(de)引力，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的(de)光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应(yīng)。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是(shì)暗物(wù)质。

所(suǒ)以当(dāng)人们(men)对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大(dà)质量(liàng)区(qū)域并不是在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团(tuán)发(fā)生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观(guān)测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通过了这(zhè)个区(qū)域(yù)，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引(yǐn)力(lì)透镜研(yán)究也(yě)被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际上它们(men)之间(jiān)的温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通(tōng)域提取和标记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗物质，图(tú)形看(kàn)起(qǐ)来不(bù)应该是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物(wù)质(zhì)大约(yuē)是普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数(shù)字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很(hěn)好(hǎo)地解(jiě)释了很(hěn)多不同的观(guān)测结果。而暗物(wù)质的本(běn)质(zhì)就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力(lì)来(lái)相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒子(zi)到底是什么？科学(xué)家们已(yǐ)经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的(de)目(mù)标粒子所需要(yào)的实验方式也不相同。在(zài)过去的(de)几十年当(dāng)中，人(rén)类(lèi)为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的实验，却(què)没有任何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨提花棉是什么面料，提花棉和纯棉哪个好索(suǒ)山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个(gè)三层楼高的探测(cè)器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观(guān)测到了某种信号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然(rán)后(hòu)在(zài)11月降到(dào)最低(dī)，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每(měi)年都是一(yī)样。一(yī)些科学家认为这可(kě)能是(shì)人(rén)类发(fā)现暗物质(zhì)的第一(yī)个(gè)直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会产生周期(qī)性(xìng)的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移(yí)动，那么如果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意(yì)味着我们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过(guò)程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的(de)方(fāng)向与(yǔ)太阳(yáng)环(huán)绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正好达到完(wán)全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对(duì)银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可(kě)以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员们(men)所观测到(dào)的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情况，造成(chéng)这(zhè)种年度周期信(xìn)号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的(de)数量(liàng)也符(fú)合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所以，科(kē)学(xué)家(jiā)们又在(zài)南半(bàn)球(qiú)建立了一(yī)个(gè)几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季(jì)节与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(yùn)动特征和第一(yī)个(gè)实(shí)验(yàn)室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里(lǐ)可(kě)以得到相(xiāng)同的(de)信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是(shì)由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前(qián)还无法提供(gōng)相应的数(shù)据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物(wù)质存在，它(tā)们极有可能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的(de)证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会(huì)意味着(zhe)人(rén)类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到(dào)暗(àn)物质(zhì)存在的(de)实际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我(wǒ)更新(xīn)的动力(lì)！

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