宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在(zài)科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物质存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去(qù)的(de)几十年(nián)当中进行了超过50次(cì)的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有(yǒu)效(xiào)证(zhèng)据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符(fú)合万(wàn)有引(yǐn)力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动(dòng)它(tā)的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究(jiū)和测量后发星系(xì)团的质(zhì)量。这是(shì)一个由数(shù)千个星系(xì)所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系(xì)团的质量(liàng)一般(bān)会使用到两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星(xīng)系团中的各个(gè)星系(xì)相对于星系团的(de)运动速度(dù)。当(dāng)测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是(shì)“光(guāng)度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要(yào)快得多(duō)，按照牛顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束(shù)缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了这样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人(rén)们对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越(yuè)远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的运行速(sù)度就会越(yuè)慢。但是(shì)他们(men)观测的结果(guǒ)却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中(zhōng)如(rú)果(guǒ)没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物(wù)质的存(cún)在，这种方法就是测量星系(xì)当(dāng)中(zhōng)气(qì)体在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如(rú)果(guǒ)出(chū)现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜(jìng)测量了距(jù)离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的(de)旋转速度并不符(fú)合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度(dù)围绕银(yín)河系旋转，这个实际速(sù)度远远大(dà)于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看(kàn)不到(dào)的物(wù)质(zhì)，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多的研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可(kě)以解释这个(gè)现象的(de)原因(yīn)。在一项(xiàng)新的(de)研(yán)究当(dāng)中(zhōng)，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速度上的(de)微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系(xì)不多，但是星系(xì)当中存(cún)在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们(men)使用最先进的望远镜(jìng)对(duì)其进(jìn)行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常(cháng)的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么(me)又有人提出(chū)，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另一种可能就是人(rén)类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会(huì)沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于(yú)在星系团(tuán)之间的(de)相互作用(yòng)，科学家还引入了(le)外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让(ràng)很多人(rén)认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗(àn)物质(zhì)存在的其他的(de)理论(lùn)证(zhèng)据，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所没法解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光(guāng)年的(de)子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团，它们(men)大(dà)部分(fēn)的(de)普通质量都在(zài)星系的(de)气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互(hù)作用就会(huì)导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过什么来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的(de)高清(qīng)照(zhào)片，在照(zhào)片(piàn)中我们(men)可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些星系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也(yě)不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的东西(xī)的引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系(xì)的(de)光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发(fā)现它的大质(zhì)量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最(zuì)好(hǎo)的(de)理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光(guāng)终(zhōng)于可(kě)以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留(liú)下(xià)了各相同性的微波(bō)辐(fú)射(shè)。其中红色的部分表示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后的二(èr)值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗(àn)物(wù)质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应(yīng)该是(shì)这样的(de)，而(ér)随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个(gè)简单的(de)理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质(zhì)就是(shì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中存(cún)在(zài)着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来(lái)相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒(lì)子到(dào)底是什么(me)？科学(xué)家们已经(jīng)提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标(biāo)粒(lì)子所需要(yào)的实(shí)验方式(shì)也不相同。在(zài)过去的(de)几十年(nián)当中，人类为了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会(huì)与常(cháng)规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实(shí)质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯(sī)山(shān)脉(mài)。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器(qì)，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信(xìn)号。经过了(le)20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而(ér)且在(zài)20年当(dāng)中(zhōng)每(měi)年(nián)都是一(yī)样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可能是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第(dì)一(yī)个(gè)直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在(zài)以这样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应的(de)振(zhèn)荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反。

而1亿等于多少万在6月份的(de)时(shí)候(hòu)，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流(liú)最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号(hào)的差异也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这个周期(qī)的(de)规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们(men)又在南(nán)半球建立了(le)一个几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里(lǐ)的(de)季节与(yǔ)之前的实(shí)验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特(tè)征和第一(yī)个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可(kě)以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存在的非常有力(lì)的证(zhèng)据(jù)了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提(tí)供相应(yīng)的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的(de)望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一(yī)种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的(de)一个重要因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得到(dào)进一步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角(jiǎo)落的(de)行(xíng)星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论(lùn)的大前提是要先找到(dào)暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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