宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会存(cún)在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个(gè)地(dì)方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律(lǜ)。往后(hòu)的(de)几(jǐ)百(bǎi)年来(lái)，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得(dé)重大天文(wén)成就的(de)例(lì)子(zi)。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数(shù)千(qiān)个(gè)星系所组成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团的(de)质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致(zhì)，就可(kě)以确(què)定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力(lì)学质量的(de)计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中的各个星系相对于星系(xì)团的运动速(sù)度。当测量结(jié)果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并(bìng)不以(yǐ)可见(jiàn)光的形(xíng)式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星系(xì)团中(zhōng)很多星系的速度(dù)比理论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可见星系(xì)的(de)质量所(suǒ)产(chǎn)生(shēng)的引力是(shì)无法将它(tā)们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某(mǒu)种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射(shè)光，但是(shì)它(tā)们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再(zài)一(yī)次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星(xīng)系(xì)中的恒(héng)星运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距离(lí)中心越远的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学家(jiā)们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射(shè)电望远镜(jìng)测(cè)量了距离星系中心更(gèng)远距离的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋转速(sù)度并不符(fú)合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系的第(dì)三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的(de)原因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不(bù)到的(de)物质(zhì)，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系聚(jù)集在(zài)了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的速度，估(gū)算(suàn)在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是(shì)唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现速度(dù)上的微小差异(yì)。另外，天文学(xué)家还发现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不(bù)多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但是(shì)科学(xué)家(jiā)们使用最先进(jìn)的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的(de)详细(xì)测(cè)量之后，发现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用正(zhèng)常(cháng)的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的(de)是(shì)，它的附近没(méi)有任何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的(de)假说之外，另(lìng)一(yī)种可(kě)能(néng)就是人类对引力的理(lǐ)解还不(bù)够全面，引力很(hěn)可(kě)能在不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度(dù)中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的(de)轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于在星(xīng)系团(tuán)之(zhī)间的相互作用，科(kē)学家(jiā)还(hái)引入了外(wài)部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗物质存在的其(qí)他的(de)理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它(tā)们大(dà)部(bù)分(fēn)的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部(bù)分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不(bù)是集中(zhōng)在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什(shén)么(me)问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上(shàng)的观测者之间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引力(lì)透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可(kě)能(néng)是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星系团(tuán)观(guān)测的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被(bèi)观测到(dào)的质量气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质(zhì)则(zé)直接(jiē)通过了这(zhè)个区域(yù)，并在两边(biān)形成(chéng)了引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研(yán)究也被认(rèn)为是(shì)暗物质存在的迄(qì)今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可(kě)以畅通(tōng)无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多(duō)亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分(fēn)表(biǎo)示温度(dù)较高的(de)区(qū)域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的(de)二(èr)值(zhí)图像进行连通域提取(qǔ)和(hé)标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物(wù)质，图(tú)形看(kàn)起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗(àn)物质的(de)增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了(le)一个(gè)简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好(hǎo)地解(jiě)释了很多不(bù)同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的(de)粒子，它们不(bù)参(cān)与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果(guǒ)能(néng)够找到(dào)这种粒子(zi)的存在(zài)，就相(xiāng)当(dāng)于找到(dào)了暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。这种粒(lì)子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要(yào)寻(xún)找这些不同的目标粒子(zi)所需(xū)要(yào)的实验方式也不(bù)相同。在(zài)过去的几(jǐ)十(shí)年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质(zhì)相(xiāng)互作用的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的(de)实(shí)验，却没(méi)有(yǒu)任何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处(chù)的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大(dà)的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼高的探(tàn)测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这(zhè)里的科(kē)学家声称(chēng)观测到(dào)了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们(men)发现了一个有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在(zài)20年当(dāng)中每年(nián)都是一(yī)样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗(àn)物质的(de)第一个(gè)直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们(men)也在以这样的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程中会主播坐班和不坐班是什么意思，坐班和不坐班是什么意思区别(主播坐班和不坐班是什么意思，坐班和不坐班是什么意思区别huì)产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全(quán)一致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿(chuān)越(yuè)暗物质(zhì)流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们(men)又在南半球建立了一(yī)个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之前(qián)的实验(yàn)室(shì)正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可(kě)以(yǐ)得到(dào)相同(tóng)的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有力(lì)的(de)证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关键的用途(tú)就是探索暗物(wù)质背(bèi)后(hòu)的奥秘(mì)，对于(yú)探测(cè)的结(jié)果，我们(men)只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的(de)效应，这种暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命(mìng)进化(huà)的(de)一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质(zhì)正在(zài)通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们(men)，你们觉(jué)得暗物质到(dào)底存(cún)不存(cún)在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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