宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方(fāng)，在(zài)1687年(nián)出(chū)版的自然(rán)哲学(xué)数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年(nián)来，当天文(wén)学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过(guò)天(tiān)王星运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的(de)发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但(dàn)是(shì)这些发现都(dōu)是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系(xì)团的质(zhì)量一般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个(gè)星系的(de)光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学(xué)质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱红移测量(liàng)星系团中的各个星(xīng)系相对(duì)于星系团起飞前多久停止登机，起飞前多久停止登机口的(de)运(yùn)动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛(niú)顿(dùn)的(de)运(yùn)动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一(yī)种神(shén)秘的力量在(zài)起作用，这(zhè)种(zhǒng)力(lì)量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这(zhè)样部(bù)分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量。只是当(dāng)时的人(rén)们(men)对这(zhè)样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在观测(cè)仙(xiān)女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其(qí)轨道上的运行(xíng)速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观测的(de)结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足(zú)够大的质(zhì)量来(lái)吸引它们，这些(xiē)外(wài)围的恒(héng)星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出(chū)现异(yì)常(cháng)的(de)结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测量了(le)距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它(tā)们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳系位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂(bì)之上(shàng)，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引(yǐn)力定律进行计(jì)算(suàn)，太(tài)阳系的(de)运行速度应该是(shì)160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理论(lùn)速(sù)度(dù)，那(nà)么产生(shēng)以(yǐ)上(shàng)这(zhè)种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们看不到(dào)的物(wù)质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星(xīng)系聚(jù)集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来(lái)越多的研究人(rén)员开始相信暗物(wù)质的存在。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道(dào)的(de)速(sù)度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会(huì)出现速度(dù)上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却只有银(yín)河(hé)系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个小时的(de)详细测量之(zhī)后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以用正常的物(wù)质和力(lì)学定律(lǜ)来解释的(de)。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一(yī)个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近没有任何星系(xì)存在。造成这些(xiē)现象的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就(jiù)是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式是不同(tóng)的(de)，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运动。但是上升到(dào)星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是(shì)不同(tóng)的方(fāng)式。对于在(zài)星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了(le)外部场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年的规(guī)模(mó)上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产(chǎn)生(shēng)对彼此特(tè)殊的效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需(xū)要(yào)对现在的物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关于暗物质存在(zài)的其他的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹起飞前多久停止登机，起飞前多久停止登机口星系(xì)团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这样的星(xīng)团，它们(men)大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都(dōu)在(zài)星系(xì)的气(qì)体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际(jì)气体(tǐ)的相(xiāng)互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低(dī)。所以在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团大部(bù)分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到(dào)底是(shì)不(bù)是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照(zhào)片中我(wǒ)们可(kě)以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这(zhè起飞前多久停止登机，起飞前多久停止登机口)些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的(de)黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对(duì)子(zi)弹星系团观测(cè)的(de)时候，发(fā)现它的大质量(liàng)区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的(de)引力透镜研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上留下了(le)各相同性的(de)微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学(xué)家们通过对(duì)前景背景(jǐng)分(fēn)离后的(de)二值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗(àn)物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗(àn)物(wù)质的增加，一(yī)些峰(fēng)值(zhí)的幅度会(huì)减小，才变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系(xì)当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗物(wù)质(zhì)比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁(cí)作(zuò)用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒(lì)子的存(cún)在，就相当于找到了暗(àn)物(wù)质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出了(le)数十(shí)种的假想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同的目标(biāo)粒(lì)子所需要的实(shí)验方式也不(bù)相同。在过去的几十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的(de)“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们(men)已经进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大(dà)的地(dì)学实验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学(xué)家声(shēng)称观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会(huì)在每(měi)年(nián)的6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一(yī)些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一(yī)个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了(le)太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速度围绕(rào)着(zhe)银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们也在以这样(yàng)的速度(dù)在穿越(yuè)着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半(bàn)年(nián)的时间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一致的(de)，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好达(dá)到完全一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情(qíng)况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不(bù)影响这个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用来(lái)解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测(cè)到的周(zhōu)期(qī)性信号(hào)。当然(rán)也(yě)可(kě)能有其他的情况，造成这种年(nián)度周期(qī)信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里的季节与之(zhī)前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动特征和第一个实验(yàn)室(shì)是(shì)一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在(zài)这里可以(yǐ)得(dé)到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了(le)。但(dàn)是由于这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪(yí)器(qì)提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们(men)只能(néng)拭(shì)目(mù)以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物(wù)质效(xiào)应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的(de)诞生(shēng)，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一(yī)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(zhòu)当中的(de)暗(àn)物(wù)质(zhì)会不会(huì)意(yì)味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗(àn)物质正(zhèng)在(zài)通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前提(tí)是要先找到(dào)暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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