宇(yǔ)宙是(shì)“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物质存在(zài)的证据(jù)，科学家们在过去的几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次(cì)的长期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的(de)几百年来，当天文(wén)学家(jiā)们(men)发(fā)现某些天体运行(xíng)轨道出现异(yì)常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律的时候，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的(de)异常(cháng)，推算(suàn)并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发(fā)现都是应用(yòng)万有引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者(zhě)是星团的(de)尺度，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由数千个星系(xì)所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一(yī)般会使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种是获得其(qí)"光(guāng)度学(xué)的(de)质量"，需要的(de)数据是(shì)测量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种是动力(lì)学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系(xì)相(xiāng)对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质(zhì)量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星(xīng)系(xì)团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发(fā)散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但是它们(men)却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才(cái)再(zài)一(yī)次(cì)出(chū)现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是(shì)他(tā)们观测(cè)的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的(de)旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家们(men)会使用一种相对标准的(de)方(fāng)法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就(jiù)是测(cè)量(liàng)星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结(jié)果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了距离(lí)星系中心更(gèng)远距离(lí)的氢元素，发(fā)现它们(men)的旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第书名号之间有没有标点符号，书名号之间有标点符号么三悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系的(de)运行(xíng)速度(dù)应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时(shí)开始，越(yuè)来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质的(de)存(cún)在。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算(suàn)在(zài)星系当中暗(àn)物质的质量占整个(gè)星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是唯一可(kě)以(yǐ)解释(shì)这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项新的研(yán)究当中，科(kē)学家们发现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应(yīng)的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星(xīng)系(xì)距(jù)离(lí)地球(qiú)大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银(yín)河(hé)系的(de)千分(fēn)之(zhī)一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系必须存在暗物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科(kē)学(xué)家们(men)使用最先进的望(wàng)远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以用正常的(de)物(wù)质和力学定(dìng)律来解释(shì)的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附近的另(lìng)一(yī)个大星系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一种可(kě)能(néng)就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我们(men)所理解的方式(shì)运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科(kē)学(xué)家还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万(wàn)光(guāng)年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律进行(xíng)修(xiū)正(zhèng)，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认为(wèi)暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的(de)子弹(dàn)星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系(xì)团所组成(chéng)，类似(shì)这样的星(xīng)团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用(yòng)就(jiù)会导致(zhì)温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在(zài)的中间(jiān)区(qū)域。那么我们通过什么来(lái)验(yàn)证(zhèng)它的质量区域到底是不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯(bó)太空(kōng)望远镜传回(huí)了(le)宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以明显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的(de)形变。其实(shí)这些星系(xì)本身并不(bù)是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什么问题(tí)，而(ér)是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力(lì)透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可(kě)能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的(de)时(shí)候，发现它的大(dà)质量区(qū)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(xīng)团发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物质则(zé)直接通过(guò)了这(zhè)个区(qū)域，并在(zài)两(liǎng)边形成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团(tuán)的(de)引力(lì)透镜研(yán)究也被认为是暗物质存(cún)在(zài)的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年(nián)之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们(men)之间(jiān)的温(wēn)差只有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图(tú)像进行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才(cái)变(biàn)得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需(xū)要(yào)的暗物质大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗(àn)物质(zhì)比例(lì)是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就(jiù)很(hěn)好(hǎo)地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来(lái)相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。这(zhè)种粒子(zi)到底是什么？科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经提出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要的(de)实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物(wù)质相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了(le)超过50次的实验，却(què)没有任(rèn)何实质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地方，意大利的(de)格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经(jīng)过(guò)了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一(yī)个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会在(zài)每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是(shì)一(yī)样。一些(xiē)科学家认为这可(kě)能是人类发(fā)现暗(àn)物质的(de)第一个直接证据(jù)。

但(dàn)是(shì)为什(shén)么(me)暗物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在(zài)以这(zhè)样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的(de)振荡(dàng)，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到(dào)完(wán)全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了(le)60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影响这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可能有其他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差异(yì)也可能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的(de)实(shí)验室，这里的季(jì)节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个(gè)实验室(shì)是(shì)一(yī)样的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里(lǐ)可以得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有(yǒu)力(lì)的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目(mù)前还(hái)无法(fǎ)提(tí)供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同(tóng)，但它的(de)宽视(shì)场仪器提供(gōng)的(de)视野(yě)是哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于(yú)探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研(yán)究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另一种神(shén)秘的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的(书名号之间有没有标点符号，书名号之间有标点符号么de)一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不会意味着人(rén)类并不(bù)孤单(dān)呢(ne)？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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