宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们(men)在过(guò)去(qù)的几十(shí)年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但是却(què)没有发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的(de)规律。往后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的(de)天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都是(shì)应(yīng)用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的(de)例子。但是这些(xiē)发现都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当我们上(shàng)升到星系或(huò)者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测量后发星系(xì)团的质量。这是一(yī)个由数(shù)千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系(xì)团(tuán)的质量(liàng)一(yī)般会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一(yī)致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数据(jù)是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是(shì)利用(yòng)光谱红移测量星系团(tuán)中的各个(gè)星(xīng)系相(xiāng)对于星(xīng)系团的(de)运动(dòng)速(sù)度。当测量(liàng)结果出来(lái)之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并不(bù)以可见光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是(shì)无法将它们束(shù)缚在星(xīng)系(xì)团(tuán)内的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的(de)力量在(zài)起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的(de)暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但(dàn)是它们(men)却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们(men)对这样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再一次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福(fú)特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系(xì)中的(de)恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道(dào)上的(de)运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却(què)让人感到不(bù)可思(sī)议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不(bù)变(biàn)。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引力定律，在(zài)星系(xì)当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些(xiē)外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是(shì)测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们(men)通过射电(diàn)望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距(jù)离(lí)的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速(sù)度并(bìng)不符(fú)合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不(bù)例外(wài)，太(tài)阳系位于银河(hé)系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系的运行速度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际(jì)速度远远大于(yú)理(lǐ)论速(sù)度，那么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原因很可能就是(shì)存(cún)在着(zhe)一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物(wù)质的(de)引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗(àn)物质的存在。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可(kě)以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在(zài)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远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上民航三个敬畏是指什么 民航三个敬畏是什么时候提出的的微小差异。另外，天文学(xué)家还(hái)发现(xiàn)了一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河(hé)系(xì)不多，但(dàn)是星(xīng)系当中存(cún)在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有银河系(xì)的千分(fēn)之一(yī)。

所以在理论上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜对(duì)其进(jìn)行了40个(gè)小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)系中的(de)恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和(hé)力学(xué)定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的(de)是，它的附(fù)近(jìn)没有任何星系(xì)存在。造(zào)成(chéng)这些现象的除(chú)了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度(dù)中(zhōng)的天(tiān)体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在(zài)星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念，指的是在数百万光年的(de)规模(mó)上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着(zhe)我们需要(yào)对现在(zài)的物理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还(hái)有关(guān)于暗物质(zhì)存在的(de)其(qí)他的理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它们(men)大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在(zài)星系的气体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际(jì)气体的(de)相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通过(guò)什么来验证它的(de)质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜传(chuán)回(huí)了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在(zài)照片(piàn)中我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我(wǒ)们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西(xī)的(de)引力，会使身后更(gèng)遥远星系(xì)的光都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法(fǎ)就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的质量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过了这个(gè)区(qū)域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认为是(shì)暗物(wù)质(zhì)存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地(dì)穿(chuān)越(yuè)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域(yù)，但实(shí)际上它们之间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通过(guò)对前景背(bèi)景(jǐng)分(fēn)离后的(de)二值图像(xiàng)进行连通域(yù)提(tí)取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了(le)一个简单(dān)的理(lǐ)论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的(de)实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的(de)假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需(xū)要(yào)的(de)实(shí)验方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去(qù)的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相(xiāng)互(hù)作用的(de)“暗物(wù)质”，科(kē)学(xué)家(jiā)们已经(jīng)进(jìn)行了(le)超过50次(cì)的实(shí)验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的(de)地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年(nián)度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们(men)也在(zài)以这(zhè)样的速度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流(liú)，这个(gè)过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河系(xì)的(de)平面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可以用来(lái)解(jiě)释，研(yán)究人(rén)员们所(suǒ)观测(cè)到的周期(qī)性信号(hào)。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差(chà)异(yì)也(yě)可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游(yóu)客的数(shù)量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室，这里的(de)季节与之前的实验(yàn)室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了(le)。但是由(yóu)于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们只能(néng)拭目以待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会(huì)意味(wèi)着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物(wù)质(zhì)正在通(tōng)过这样的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动力！

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