宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的证据(jù)，科学(xué)家们在(zài)过去的(de)几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却没(méi)有发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会(huì)知(zhī)道(dào)，周围一(yī)定有未(wèi)知的(de)天(tiān)体通过引力在(zài)摄动(dòng)它(tā)的(de)轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了(le)海王星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发(fā)现都是在恒(héng)星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上(shàng)升到(dào)星系或者是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就(jiù)开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在(zài德国有多大面积，德国相当于中国哪个省)研(yán)究和(hé)测(cè)量后发星(xīng)系(xì)团的质量(liàng)。这是一个由数千个(gè)星(xīng)系所组(zǔ)成的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其(qí)质量(liàng)的范围。

第一种是获得(dé)其(qí)"光度(dù)学(xué)的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是(shì)测(cè)量各(gè)个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的(de)计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的(de)各个星(xīng)系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的(de)质量并(bìng)不(bù)以可见光的形式所存在，我们(men)无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速(sù)度的(de)过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就(jiù)应该被抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基(jī)提(tí)出(chū)了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质量。只是当时的(de)人们(men)对(duì)这(zhè)样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒(héng)星在其(qí)轨道上的(de)运行速(sù)度就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的结(jié)果却让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够(gòu)大的(de)质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的(de)恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会(huì)使用一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了(le)距离星系中心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它(tā)们(men)的(de)旋转速度并不符合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距(jù)离银(yín)河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河(hé)系(xì)旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速(sù)度的(de)原因很可能就是存在(zài)着一种我们(men)看不(bù)到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质(zhì)的(de)引力效应(yīng)将(jiāng)星(xīng)系聚集在(zài)了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的存(cún)在。科(kē)学家根据星系(xì)外(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算在(zài)星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河系(xì)不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的(de)恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是科学(xué)家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远镜对(duì)其(qí)进行了40个小时的详细(xì)测量之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可(kě)以(yǐ)用正常(cháng)的物(wù)质和力(lì)学定律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该(gāi)星系的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力(lì)的(de)理解还不够全面(miàn)，引力(lì)很(hěn)可(kě)能在不同尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意(yì)味着在行星系尺度(dù)中的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到(dào)星系(xì)和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互(hù)作用则是不同的方(fāng)式。对(duì)于(yú)在星系团之间的相互作用，科学(xué)家(jiā)还(hái)引入了外部场效应(yīng)的(de)概念，指的是(shì)在(zài)数百万(wàn)光年的(de)规模(mó)上，巨大的(de)质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理(lǐ)定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也(yě)让(ràng)很多(duō)人认(rèn)为暗物质假说理论就此(cǐ)终结(jié)。但(dàn)是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在(zài)的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似(shì)这(zhè)样的(de)星团(tuán)，它(tā)们大(dà)部分的(de)普通质量都在星(xīng)系(xì)的(de)气体当中(zhōng)。当(dāng)星(xīng)团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的(de)中间区(qū)域。那么我们通过什么(me)来验证(zhèng)它(tā)的质量区域(yù)到底是不是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我(wǒ)们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我们地球(qiú)上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大的(de)天体可能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域并不是(shì)在中间，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了(le)这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各(gè)相同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红色的部分表(biǎo)示(shì)温度较高的(de)区(qū)域，蓝色则(zé)表示(shì)相对(duì)较(jiào)冷的区域，但实(shí)际上它们之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后的二(èr)值图像进行连通域提取和(hé)标记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不(bù)应该(gāi)是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测(cè)量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一(yī)致(zhì)的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的理论框(kuāng)架(jià)，就很好地解释了很多(duō)不同的(de)观测结(jié)果。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的(de)粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在(zài)的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子(zi)到底是什么？科学家(jiā)们(men)已经提出了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在(zài)过去的几十年(nián)当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规(guī)物(wù)质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验(yàn)，却(què)没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这(zhè)个(gè)实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼高(gāo)的探(tàn)测(cè)器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学(xué)家(jiā)声称观测(cè)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(le)一个有(yǒu)趣的(de)事(shì)情。探测(cè)率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在(zài)20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一(yī)些科学家认(rèn)为这可能(néng)是人类发(fā)现暗物(wù)质的第(dì)一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么(me)如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地(dì)球围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的(de)方向(xiàng)是一致(zhì)的(de)，而另(lìng)外半年则(zé)与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这(zhè)是(shì)理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系(xì)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(de)有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可以用(yòng)来解(jiě)释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信(xìn)号(hào)。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可(kě)能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利游客的(de)数量也符(fú)合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的(de)季节(jié)与之(zhī)前(qián)的实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一个实(shí)验室是(shì)一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的(de)信(xìn)号，就(jiù)可以成(chéng)为暗(àn)物质所存在(zài)的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个(gè)实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还无法提(tí)供相(xiāng)应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其(qí)中一个关(guān)键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结(jié)果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物质存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的(de)效(xiào)应(yīng)，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者说是生(shēng)命(mìng)进化的一个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到(dào)进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这(zhè)样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗德国有多大面积，德国相当于中国哪个省物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新(xīn)的动力！

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