宇宙是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会(huì)存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据，科学家们在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天文学(xué)家们(men)发(fā)现某些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常(cháng)，不(bù)符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的(de)天体通过引力(lì)在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大(dà)天(tiān)文成就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者(zhě)是(shì)星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系所组成的(de)巨大星系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以确定其(qí)质量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要(yào)的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学(xué)质量的(de)计(jì)算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相对于(yú)星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基(jī)发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被抛出星(xīng)系团之(zhī)外了(le)，除非有一(yī)种神秘的力量在(zài)起作用，这种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了(le)这(zhè)样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是(shì)当时(shí)的人(rén)们(men)对这样的(de)一种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再一次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上(shàng)的(de)运行速度(dù)就会越慢。但是(shì)他们观测的结果(guǒ)却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随着与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大(dà)的质(zhì)量来(lái)吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是(shì)测量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过(guò)射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂(bì)之上(shàng)，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系的(de)运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远远大(dà)于(yú)理论速(sù)度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这(zhè)种向心加(jiā)速度(dù)的(de)原因很可(kě)能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的(de)存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解释这个现象的(de)原因。在一项(xiàng)新的(de)研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银(yín)河系的千分之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星系必(bì)须存在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但是(shì)科(kē)学家(jiā)们使用最先(xiān)进的(de)望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可(kě)以(yǐ)用正常的物质和(hé)力学(xué)定(dìng)律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一(yī)个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可能就(jiù)是人类对(duì)引力的(de)理(lǐ)解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中(zhōng)的(de)工作方式是不(bù)同的，这意(yì)味着在(zài)行星(xīng)系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理解(jiě)的方式运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于(yú)在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概(gài)念，指(zhǐ)的(de)是(shì)在数(shù)百万光年的规(guī)模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需(xū)要对现在的(de)物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的(de)理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分的(de)普通质量都(dōu)在(zài)星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互(hù)作(zuò)用就会导致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那(nà)么(me)我们通过什么来(lái)验证它的质量(liàng)区域(yù)到底(dǐ)是(shì)不(bù)是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我们可(kě)以(yǐ)明显地看到(dào)很多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲了(le)，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们地球上的观(guān)测者之间。被一(yī)个质量(liàng)超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的(de)引力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是(shì)引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观(guān)测的(de)时候，发现它(tā)的大质量区域并(bìng)不(bù)是(shì)在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了(le)这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄(qì)今为(wèi)止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年(nián)之后(hòu)，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的(de)区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示(shì)相对较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上它们之间(jiān)的温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过(guò)对前景(jǐng)背景分离后的二值(zhí)图(tú)像进行连(lián)通域提取和标记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗(àn)物(wù)质，图形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物(wù)质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的幅度(dù)会(huì)减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射(shè)的(de)测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的(de)暗(àn)物质比(bǐ)例是(shì)一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理(lǐ)论(lùn)框架，就(jiù)很好地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类(lèi)型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家们(men)已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子所需(xū)要的(de)实(shí)验方式也不(bù)相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物(wù)质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实(shí)验，却(què)没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层(céng)楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的(de)数(shù)据收集，人们发现了(le)一个有趣的(de)事(shì)情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一些科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可(kě)能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一(yī)个(gè)直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗(àn)物质会(huì)产生(shēng)周(zhōu)期性的(de)年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样(yàng)的速度(dù)在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的(de)方向是一(yī)致的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在(zài)实际(jì)的(de)情(qíng)况(kuàng)中(zhōng)，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的(de)有(yǒu)效(xiào)性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以用来(lái)解释，研(yán)究人(rén)员们(men)所观测(cè)到(dào)的周期(qī)性信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的(de)差异也可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗(àn)物(wù)质(zhì)流的运(yùn)动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得(dé)到相同的(de)信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的(de)非常有力(lì)的(de)证据了。但是由(yóu)于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一(yī)台(tái)新的望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体物理中心的(de)科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生(shēng)命进化的一(yī)个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗(àn)物质会不(bù)会意(yì)味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通(tōng)过这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推论的大(dà)前提(tí)是要先(xiān)找到(dào)暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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