宇宙是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们(men)在过(guò)去(qù)的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一个(gè)地(dì)方，在1687年出版的(de)自(zì)然(rán)哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天(tiān)体运动的规(guī)律。往(wǎng)后的几百年来，当天文(wén)学(xué)家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出(chū)现异常，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的(de)时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知(zhī)的天体通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的(de)尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系或者是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研究(jiū)和测量后发星(xīng)系(xì)团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般(bān)会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测量星系团中的(de)各个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失(shī)了，或(huò)者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多(duō)星系的速(sù)度(dù)比理(lǐ)论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星(xīng)系的质量所产生的(de)引(yǐn)力是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光(guāng)，但(dàn)是它们(men)却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝(jué)大部(bù)分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法不两丈等于多少米屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎保持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系(xì)当中如果没有足(zú)够(gòu)大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会(huì)使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物(wù)质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量星系当(dāng)中气体在(zài)X轴上距(jù)离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出(chū)现异常的(de)结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜(jìng)测(cè)量了距离星系中心更(gèng)远距(jù)离的(de)氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远大(dà)于理论(lùn)速(sù)度(dù)，那么产生以(yǐ)上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就(jiù)是存在(zài)着一种我们看不到(dào)的物质，是(shì)这些暗物质的引力(lì)效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研(yán)究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物(wù)质的存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外(wài)恒星(xīng)轨(guǐ)道(dào)的速(sù)度，估算在星系(xì)当中暗物(wù)质(zhì)的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是(shì)唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一(yī)项新的(de)研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家(jiā)还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不多，但是(shì)星系当中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析(xī)。但是(shì)科学家(jiā)们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系(xì)中的恒星(xīng)运(yùn)动是(shì)可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一(yī)个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近没(méi)有任何星系存(cún)在。造(zào)成这(zhè)些(xiē)现象的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就是人类对(duì)引力的理解还(hái)不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意(yì)味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和星团的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的方(fāng)式(shì)。对(duì)于(yú)在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效(xiào)应的概念，指的是在(zài)数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨(jù)大(dà)的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质(zhì)假说理论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在(zài)的其他(tā)的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它们(men)大(dà)部(bù)分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的(de)相互作用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的(de)质量将位于所(suǒ)有这些气体所在(zài)的中间区域。那(nà)么我们通(tōng)过什(shén)么(me)来(lái)验证(zhèng)它的(de)质量区(qū)域到底是不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了(le)，也不(bù)是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是(shì)这(zhè)样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西(xī)的引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星(xīng)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(tiān)体可能是超大(dà)质量的(de)黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观(guān)测的时候，发(fā)现它的大质量区域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是(shì)当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了这(zhè)个区域，并在两边(biān)形(xíng)成(chéng)了引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存(cún)在(zài)的迄今为止最好的(de)理(lǐ)论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的(de)微波(bō)辐(fú)射。其(qí)中红色的部(bù)分表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进(jìn)行连通域(yù)提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会(huì)减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐(fú)射(shè)的测量值，我们(men)需要的(de)暗物两丈等于多少米质大(dà)约(yuē)是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释星系(xì)当(dāng)中恒星运动所需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这就(jiù)意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在(zài)的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验(yàn)方式也不(bù)相同(tóng)。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层(céng)楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学(xué)家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家(jiā)认为这(zhè)可能是(shì)人(rén)类发现暗(àn)物质的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了(le)太阳(yáng)系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河(hé)系(xì)进行移(yí)动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这样的(de)速度在(zài)穿(chuān)越着(zhe)暗(àn)物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同(tóng)时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系的方(fāng)向是一致(zhì)的，而(ér)另外半年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿越(yuè)暗物(wù)质(zhì)流最快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况中，太阳系相对(duì)银河(hé)系的平(píng)面呈(chéng)现(xiàn)了(le)60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这可以用来(lái)解释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能有其他的情况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的(de)数量也符合(hé)这个周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实(shí)验室，这里的季节(jié)与之前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗(àn)物质流的运(yùn)动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可(kě)以成为暗(àn)物质所(suǒ)存(cún)在的(de)非(fēi)常有力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相(xiāng)应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台(tái)新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈(hā)勃(bó)望远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的(de)奥秘，对于探测的(de)结果，我们(men)只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研(yán)究(jiū)发现，如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在，它们极有可(kě)能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中两丈等于多少米生命的(de)诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的(de)证实，那(nà)么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在(zài)通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是我更新的(de)动力(lì)！

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