宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的(de)？为何会(huì)存在科(kē)学无法解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的(de)证据(jù)，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学(xué)家(jiā)们(men)发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过(guò)天王星运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后(hòu)发星系团(tuán)的质量。这是(shì)一个由数(shù)千个星(xīng)系(xì)所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获(huò)得其"光度学(xué)的(de)质量"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系(xì)团中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不(bù)以可见(jiàn)光(guāng)的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在(zài)测量速度(dù)的(de)过程(chéng)中，兹(zī)威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的(de)引力是无(wú)法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这样部分不可见的暗质，它(tā)不(bù)发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的(de)人(rén)们(men)对(duì)这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越(yuè)远的(de)恒星在(zài)其轨道上的运(yùn)行速(sù)度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不(bù)可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果(guǒ)没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的(de)结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗(àn)物质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于是科学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量了距离(lí)星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不例(lì)外(wài)，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的(de)第(dì)三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加(jiā)速度的(de)原因很可能就(j阅历是什么意思iù)是(shì)存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力(lì)效应(yīng)将星(xīng)系聚集在了(le)一(yī)起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多(duō)的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家根(gēn)据(jù)星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了(le)一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的(de)千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必(bì)须(xū)存(cún)在暗物质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但(dàn)是(shì)科学家(jiā)们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的(de)暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近(jìn)的(de)另一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪(guài)的(de)是，它的(de)附近没(méi)有任何星系存在(zài)。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另(lìng)一种可能就是人(rén)类对引力的(de)理解还(hái)不够全(quán)面(miàn)，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是(shì)不(bù)同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力(lì)之间的(de)相互(hù)作用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科(kē)学家(jiā)还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数(shù)百万光年的规模(mó)上，巨大(dà)的(de)质(zhì)量(liàng)之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论(lùn)就(jiù)此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年的(de)子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它(tā)们大部分的普通(tōng)质量都(dōu)在星(xīng)系(xì)的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的(de)急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部(bù)分的质量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于(yú)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底(dǐ)是不是集(jí)中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的(de)形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问题，而(ér)是(shì)这样(yàng)极遥(yáo)远的(de)天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力(lì)透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大(dà)的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或(huò)者是(shì)暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子弹(dàn)星系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区域并不是(shì)在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是(shì)当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质(zhì)则(zé)直(zhí)接(jiē)通过(guò)了这个(gè)区域，并在两边形成了(le)引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜(jìng)研究也(yě)被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了(le)130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了(le)各(gè)相同(tóng)性的(de)微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它(tā)们之间阅历是什么意思的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一(yī)。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景背景分(fēn)离后(hòu)的二(èr)值图像(xiàng)进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应(yīng)该是这样的(de)，而(ér)随着暗(àn)物质(zhì)的增加，一些峰值的幅(fú)度(dù)会(huì)减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是一致(zhì)的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释(shì)了很(hěn)多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不参与(yǔ)任何(hé)其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于找到(dào)了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科(kē)学家们已经(jīng)提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不(bù)同(tóng)的目标粒子所需要(yào)的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到(dào)了某种信号。经(jīng)过了20多年的数(shù)据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都是一样。一些科学家认为这可能是(shì)人(rén)类(lèi)发现暗物质(zhì)的(de)第一个直接证据。

但(dàn)是为什么(me)暗物(wù)质会(huì)产生(shēng)周期性的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在(zài)穿越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中(zhōng)会(huì)产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向(xiàng)是一(yī)致的，而(ér)另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球(qiú)与太阳的(de)方向正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这(zhè)是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的(de)平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科(kē)学(xué)家认为(wèi)这可以用来解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到(dào)的周期性信号。当然也可(kě)能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也(yě)可能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积(jī)雪，甚至连意大(dà)利(lì)游客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半球建(jiàn)立了(le)一(yī)个(gè)几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实(shí)验室(shì)刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场仪(yí)器(qì)提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关(guān)键的用途(tú)就是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究发(fā)现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一(yī)种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是(shì)生命(mìng)进化的一个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质(zhì)会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质到底存(cún)不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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