宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在(zài)科学无(wú)法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却没有发现任何(hé)的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学(xué)原理一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一(yī)定有未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的(de)发现都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大(dà)天文成就(jiù)的例子(zi)。但是这些发(fā)现都(dōu)是在恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我(wǒ)们(men)上(shàng)升(shēng)到(dào)星系(xì)或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研究和测(cè)量后发星系(xì)团的质量。这是一个由(yóu)数千个(gè)星系所组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星(xīng)系(xì)被(bèi)引力束(shù)缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度(dù)学的质量"，需要的(de)数据(jù)是测量各(gè)个星系的(de)光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算，是(shì)利(lì)用光(guāng)谱红移测(cè)量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速(sù)度(dù)。当(dāng)测量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然(rán)是“光(guāng)度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失(shī)了(le)，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在(zài)星系(xì)讳疾忌医的故事简短，讳疾忌医的故事和寓意团内的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系(xì)团之(zhī)外了，除非有一种神(shén)秘(mì)的(de)力量在起作(zuò)用(yòng)，这种力(lì)量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部分不(bù)可(kě)见的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是(shì)当(dāng)时的人们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后(hòu)，“暗物(wù)质(zhì)”这(zhè)个词才再一次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙(xiān)女座星系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离(lí)中(zhōng)心越远的(de)恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有足够大的质量来(lái)吸(xī)引(yǐn)它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学(xué)家们会使用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的(de)存在，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离(lí)星系(xì)中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗(àn)物质的力(lì)量进入(rù)其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量(liàng)了距离星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元(yuán)素(sù)，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行(xíng)计(jì)算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个实际(jì)速度远远大于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向心加速(sù)度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的(de)引力(lì)效(xiào)应将星(xīng)系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在(zài)。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒星(xīng)轨道(dào)的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗物质的(de)质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科学(xué)家们(men)发(fā)现(xiàn)，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应(yīng)的(de)遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间(jiān)，也(yě)会出现速度上的(de)微小差(chà)异(yì)。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学(xué)家们(men)使(shǐ)用最(zuì)先(xiān)进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测(cè)量之(zhī)后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗(àn)物质(zhì)，已经被附近的(de)另一(yī)个(gè)大(dà)星系剥离(lí)了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互作用(yòng)则是(shì)不(bù)同的方(fāng)式。对于(yú)在星(xīng)系(xì)团之间(jiān)的相互(hù)作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生(shēng)对(duì)彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意(yì)味着我们需要对(duì)现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发(fā)现也(yě)让(ràng)很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关(guān)于暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的(de)其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体的(de)相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那(nà)么我们通过(guò)什么(me)来(lái)验证它(tā)的质量(liàng)区域到底是不是集(jí)中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不(bù)是(shì)真的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大(dà)的(de)天体可能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的(de)大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过(guò)了这个区域(yù)，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿(yì)年(nián)之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了各(gè)相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的(de)区(qū)域，但实(shí)际(jì)上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离(lí)后的(de)二值图像进(jìn)行连通域提(tí)取和(hé)标记之后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需要的暗(àn)物质比例是一致(zhì)的(de)。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了(le)一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了(le)很多不同的观(guān)测(cè)结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子，它们(men)不(bù)参与任何其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来(lái)相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了(le)暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式也(yě)不(bù)相同。在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会(huì)与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一(yī)个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观(guān)测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣的事(shì)情。探测率会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样。一些(xiē)科学(xué)家(jiā)认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会(huì)产生周期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚(gāng)才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系(xì)进行移动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速(sù)度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系(xì)的方(fāng)向是(shì)一致的，而另(lìng)外半年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们(men)所观测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可能有其他(tā)的(de)情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号的差(chà)异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以(yǐ)得(dé)到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可(kě)以(yǐ)成为讳疾忌医的故事简短，讳疾忌医的故事和寓意暗物质所存在的非常有力的证据了(le)。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目(mù)前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提(tí)供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一(yī)个关(guān)键的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对(duì)于探测的(de)结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可(kě)能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的(de)一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的(de)大(dà)前(qián)提是(shì)要先找到(dào)暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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