宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表(biǎo)了万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学(xué)家们(men)发现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的(de)时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星(xīng)运行轨(guǐ)道(dào)的异(yì)常，推算并且发现了海王(wáng)星的(de)存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力定(dìng)律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度(dù)当中(zhōng)，可(kě)当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是(shì)星团的(de)尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大(dà)星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束缚在(zài)一起。测(cè)量星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就可以(yǐ)确(què)定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各(gè)个星系(xì)的光度。

第(dì)二种是(shì)动力学质量的(de)计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量(liàng)星(xīng)系团中的各(gè)个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是(shì)“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的(de)质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠(kào)这些(xiē)可(kě)见星系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其(qí)轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却(què)让(ràng)人(rén)感到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引力(lì)定律，在星系当中如果没有足(zú)够(gòu)大的(de)质量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相对标(biāo)准的方法来(lái)解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度。如(rú)果出现异常的结(jié)果，就认为是(shì)由暗物质(zhì)的(de)力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更(gèng)远距离的(de)氢元素，发现它(tā)们的(de)旋(xuán)转速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的(de)力(lì)学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实际(jì)速(sù)度(dù)远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种(zhǒng)向心(xīn)加速度(dù)的原因(yīn)很(hěn)可能就是存(cún)在着一(yī)种我们看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速(sù)度(dù)，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占(zhàn)整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引(yǐn)力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的(de)微(wēi)小差异。另外，天文学家(jiā)还(hái)发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但是星系(xì)当中存在的(de)恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行了(le)40个小时(shí)的(de)详细测量之后，发现星系(xì)中的恒(héng)星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力(lì)学定(dìng)律来解释的。那(nà)么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的另一(yī)个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除(chú)了(le)暗物(wù)质的(de)假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的(de)理解还不够全面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它(tā)们(men)的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的方(fāng)式(shì)运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和(hé)星团的尺度，引力之间的(de)相互作用(yòng)则(zé)是不同的方(fāng)式。对于在(zài)星系团之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年(nián)的(de)规模上，巨大(dà)的质(zhì)量之(zhī)间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味(wèi)着我们(men)需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现也让很多(duō)人认为暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物(wù)质存在的其(qí)他的理论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它(tā)们(men)大(dà)部分的普通质量都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低(dī)。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这(zhè)些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质量(liàng)区(qū)域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地(dì)看到(dào)很(hěn)多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些(xiē)星系本身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地球上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后更遥远星(xīng)系(xì)的光都(dōu)发(fā)生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的(de)天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的大(dà)质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是(shì)当星团(tuán)发生全部(bù)的碰撞时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研(yán)究也被认为是暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上(shàng)留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景背景分离后的二(èr)值图(tú)像进(jìn)行连通(tōng)域提取和标(biāo)记之(zhī)后(hòu)发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物(wù)质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我(wǒ)们(men)需要(yào)的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星系(xì)当(dāng)中恒星运动(dòng)所需要的(de)暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了(le)一(yī)个(gè)简单的(de)理论框架，就很好地(dì)解(jiě)释了很(hěn)多不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的(de)粒(lì)子(zi)，它们不参与(yǔ)任(rèn)何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到(dào)这种粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经提(tí)个子矮可以抱着做，矮个子抱起来做出了数十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所需(xū)要(yào)的实验方式也(yě)不(bù)相同。在过(guò)去的几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物(wù)质(zhì)相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何(hé)实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一(yī)直(zhí)致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科学(xué)家声称观(guān)测到(dào)了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每(měi)年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个(gè)直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期(qī)性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那么(me)如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这(zhè)样的(de)速度在穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的(de)时(shí)候，地球与太阳的(de)方(fāng)向正好达到完(wán)全一致(zhì)，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可(kě)能有其(qí)他的情(qíng)况，造(zào)成这种年度(dù)周期信号的差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大(dà)利游客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家(jiā)们(men)又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节(jié)与(yǔ)之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物(wù)质(zhì)流的运动(dòng)特(tè)征和(hé)第一个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非常有力(lì)的证据了。但是由(yóu)于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是(shì)探(tàn)索暗物质背后的奥(ào)秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我们(men)只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极(jí)有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是(shì)生命进化(huà)的(de)一个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的暗(àn)物质会(huì)不会意味(wèi)着(zhe)人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正在通过(guò)这样(yàng)的效应创造生命(mìng)。当然(rán)，这些推论的(de)大前(qián)提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的(de)实(shí)际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是我更新(xīn)的(de)动力！

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