宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是什么(me)？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效(xiào)证(zhèng)据。除了(le)一个(gè)地(dì)方(fāng)，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数学原理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来(lái)，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨道出现异(yì)常(cháng)，不(bù)符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海王星的(de)存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王(wáng)星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文(wén)成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系(xì)统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我们上(shàng)升(shēng)到星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系(xì)团的质(zhì)量一般会使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方(fāng)法(fǎ)结(jié)果一致，就(jiù)可以确定其(qí)质量的范围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的质(zhì)量(liàng)"，需(xū)要的数据是测(cè)量(liàng)各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力(lì)学质(zhì)量的计(jì)算(suàn)，是利(lì)用(yòng)光谱红移测(cè)量星系(xì)团中的各个(gè)星系相(xiāng)对于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式(shì)所存在，我们无(wú)法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系(xì)的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的质量所产(chǎn)生(shēng)的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量(liàng)来(lái)源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样(yàng)部分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的(de)一(yī)种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福(fú)特(tè)在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速(sù)度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观测的结果却(què)让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几(jǐ)乎保持(chí)不变(biàn)。可(勖存姿为什么没有碰喜宝，勖存姿为什么不碰喜宝kě)是根据牛顿(dùn)的(de)万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现(xiàn)象，科(kē)学(xué)家们会使(shǐ)用(yòng)一(yī)种相对(duì)标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就(jiù)是(shì)测量星(xīng)系当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的(de)距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出(chū)现异(yì)常(cháng)的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入(rù)其中。

于(yú)是(shì)科(kē)学家们通过射(shè)电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了(le)距离(lí)星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们(men)的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年，根据(jù)万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度(dù)应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原(yuán)因很(hěn)可能就是(shì)存在(zài)着一(yī)种我们(men)看不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力(lì)效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了(le)一(yī)起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家(jiā)根据(jù)星系外(wài)恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量(liàng)占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学(xué)家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银(yín)河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用(yòng)最先进的(de)望远镜对(duì)其进行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量之后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星运动(dòng)是(shì)可以用正常(cháng)的(de)物质和力(lì)学定律来解释的。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被(bèi)附(fù)近的另一(yī)个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造(zào)成这些(xiē)现(xiàn)象的(de)除了(le)暗物(wù)质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力(lì)的理解还不够(gòu)全面，引力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的(de)相互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了(le)外部场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定律进行修正，这些发(fā)现也让很多人(rén)认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没(méi)法解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用(yòng)就会导致温度的急(jí)剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大(dà)部分的质量将位(wèi)于(yú)所有这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是(shì)不是集(jí)中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照(zhào)片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地看到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不是真的被扭曲(qū)了(le)，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了(le)什(shén)么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们(men)地球上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远星(xīng)系的(de)光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质(zhì)量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的(de)大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到的质量(liàng)气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物(wù)质则直接(jiē)通(tōng)过(guò)了这个区域，并在两边(biān)形成了(le)引力透(tòu)镜。对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的(de)迄今为止最好的(de)理论证据(jù)。

除(chú)此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下了各相同(tóng)性的(de)微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷(lěng)的(de)区域，但实际上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像进行(xíng)连通域(yù)提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形(xíng)看(kàn)起来不应(yīng)该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗(àn)物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意(yì)味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释(shì)了(le)很多不同的(de)观(guān)测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的(de)存在(zài)，就相当于找到(dào)了暗物(wù)质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底(dǐ)是(shì)什么？科学家(jiā)们(men)已经提出了数十种(zhǒng)的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的目标(biāo)粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方式也不相(xiāng)同。在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次(cì)的实验，却(què)没有任何实质性的(de)发现，除了一个(gè)地(dì)方，意大利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年(nián)都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会(huì)产生周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕(rào)着(zhe)银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的(de)速(sù)度在穿越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年(nián)的(de)时间，地(dì)球(qiú)围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的(de)，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳的(de)方(fāng)向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度(dù)的(de)倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认(rèn)为这可以用来解释，研(yán)究人员(yuán)们所(suǒ)观(guān)测到(dào)的周期性信号。当然(rán)也可(kě)能有(yǒu)其他的情(qíng)况(kuàng)，造(zào)成(chéng)这(zhè)种年度周期(qī)信(xìn)号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量(liàng)也符合这(zhè)个(gè)周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了(le)一个(gè)几乎相同的实验室(shì)，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的运(yùn)动(dòng)特征和第一个实验(yàn)室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前(qián)还无(wú)法提供相应的数据(jù)支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小(勖存姿为什么没有碰喜宝，勖存姿为什么不碰喜宝xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空(kōng)望远镜其中一个关键的用(yòng)途就(jiù)是(shì)探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验(yàn)室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会意(yì)味着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落(luò)的(de)行星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大(dà)前(qián)提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在(zài)呢(ne)？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新(xīn)的动(dòng)力！

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