宇(yǔ)宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存在科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么(me)？人(rén)类为了寻找暗(àn)物(wù)质存在的(de)证据，科学家们在过去的(de)几十(shí)年当中进行了超过(guò)50次的(de)长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家(jiā)们发(fā)现某(mǒu)些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)的时候(hòu)，他(tā)们就(jiù)会知(zhī)道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现(xiàn)了海三件套是哪三件王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成(chéng)就(jiù)的例子。但(dàn)是(shì)这(zhè)些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家(jiā)弗(fú)里茨(cí)兹(zī)威基正(zhèng)在(zài)研究(jiū)和测量后(hòu)发星系(xì)团的质(zhì)量。这是(shì)一(yī)个由数千个星系所组成的(de)巨大(dà)星系(xì)团，这(zhè)些星系(xì)被引力(lì)束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可(kě)以确(què)定其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种是获得其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测(cè)量各(gè)个星系的(de)光度。

第二种是(shì)动(dòng)力学(xué)质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系(xì)团中(zhōng)的各个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是(shì)“光(guā三件套是哪三件ng)度(dù)学(xué)质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了(le)，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速度的(de)过程(chéng)中(zhōng)，兹(zī)威(wēi)基发现星系(xì)团(tuán)中很多(duō)星系的(de)速度(dù)比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见星系的(de)质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的(de)，它们早就(jiù)应该被抛出星系团(tuán)之外了(le)，除(chú)非有一种神(shén)秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维(wéi)基(jī)提出了这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它们却(què)占据(jù)着宇宙中绝(jué)大(dà)部分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在(zài)观(guān)测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢(màn)。但(dàn)是他们观(guān)测的(de)结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就(jiù)是测量星系(xì)当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由暗物(wù)质的(de)力量(liàng)进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速(sù)度并不符(fú)合牛(niú)顿的力(lì)学(xué)定律(lǜ)。我们(men)的太(tài)阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实(shí)际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕银河(hé)系旋(xuán)转，这(zhè)个(gè)实际速(sù)度远远大(dà)于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度的原因很(hěn)可能(néng)就是存在着一(yī)种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗(àn)物(wù)质的(de)存(cún)在(zài)。科学家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在(zài)星系(xì)当中(zhōng)暗物质的(de)质量(liàng)占整个星(xīng)系质(zhì)量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯(wéi)一可(kě)以解(jiě)释这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的(de)研究当中(zhōng)，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了(le)一个(gè)反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分(fēn)之(zhī)一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释的(de)。那(nà)么又有人(rén)提(tí)出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个(gè)大(dà)星系剥(bō)离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存(cún)在(zài)。造(zào)成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的(de)理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能(néng)在不同(tóng)尺(chǐ)度空(kōng)间中的(de)工作方式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团之间的(de)相互作(zuò)用，科(kē)学(xué)家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会(huì)产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物(wù)质假说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部(bù)分(fēn)的(de)普通质(zhì)量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位(wèi)于所有这些(xiē)气体所在(zài)的中间区域。那么我们通过什么(me)来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我们(men)可以明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的(de)天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观(guān)测者之(zhī)间。被一个(gè)质量(liàng)超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域(yù)并不是(shì)在(zài)中间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的(de)解释方法就是(shì)当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了(le)引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力(lì)透镜研究(jiū)也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多(duō)亿年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色(sè)的(de)部分(fēn)表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家们(men)通(tōng)过(guò)对前景背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和(hé)标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会(huì)减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很(hěn)多(duō)不(bù)同的观测(cè)结(jié)果。而(ér)暗物(wù)质的(de)本(běn)质就是宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们(men)不参(cān)与任(rèn)何(hé)其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家(jiā)们(men)已经提(tí三件套是哪三件)出(chū)了(le)数十(shí)种(zhǒng)的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也不(bù)相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与常规物(wù)质相互作用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室(shì)，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观测到了(le)某种信(xìn)号(hào)。经过(guò)了20多(duō)年(nián)的数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样(yàng)。一些科学(xué)家认为这(zhè)可能(néng)是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的(de)年度(dù)信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕(rào)着银河系进行(xíng)移动，那么(me)如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时(shí)间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的(de)方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达(dá)到(dào)了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并不(bù)影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这(zhè)可以用(yòng)来解释(shì)，研究(jiū)人(rén)员们(men)所观测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度(dù)周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利(lì)游客(kè)的数量也(yě)符合这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的实(shí)验(yàn)室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常有力的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的(de)数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望远镜(jìng)，这(zhè)台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一个关(guān)键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们极有可能拥有另(lìng)一(yī)种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个(gè)重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物(wù)质会(huì)不(bù)会意味着人类并不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过这样的(de)效(xiào)应创造生(shēng)命。当然(rán)，这些推(tuī)论的(de)大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物(wù)质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动力！

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