宇宙是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在科学(xué)无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过(guò)去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文(wén)学家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的(de)天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年(nián)，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过(guò)天(tiān)王星(xīng)运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发现了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文(wén)成就的(de)例子。但是(shì)这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升(shēng)到星系或者(zhě)是星团(tuán)的(de)尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发(fā)星(xīng)系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成的巨大(dà)星系团(tuán)，这些星系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质量一(yī)般会使用到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测量各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是动力(lì)学(xué)质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量(liàng)星系团中的各(gè)个星系相(xiāng)对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测量结(jié)果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了(le)，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不(bù)以可见光的形式(shì)所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出(chū)星系(xì)团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的(de)物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出现。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会(huì)越慢。但是他们(men)观测的结(jié)果却让人(rén)感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是(shì)根(gēn)据(jù)牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上距离星(xīng)系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物(wù)质的力量进入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速(sù)度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(xì)位于银河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系的运行速度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很可(kě)能就是存在着一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是这些暗物(wù)质的(de)引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越(yuè)多的(de)研究(jiū)人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物(wù)质的(de)质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个(gè)现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的(de)千分之(zhī)一(yī)。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该星系必(bì)须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对(duì)其(qí)进行了(le)40个(gè)小(xiǎo)时(shí)的详细(xì)测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和(hé)力学(xué)定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许(xǔ)该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可能(néng)就是(shì)人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工作方(fāng)式是(shì)不同的，这意味着在(zài)行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们(men)的轨道(dào)，按(àn)照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到(dào)星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用则是(shì)不同(tóng)的方式(shì)。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但(dàn)是在(zài)宇宙当(dāng)中还有关于暗(àn)物质存在的(de)其(qí)他(tā)的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的星团，它们(men)大部(bù)分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当(dāng)中(zhōng)。当(dāng)星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分(fēn)的质量将(jiāng)位于所有这些气体(tǐ)所在的(de)中间(jiān)区(qū)域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实这(zhè)些星系本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么(me)问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们(men)地球上的观(guān)测者(zhě)之间。被一个质量超级(jí)巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超(chāo)大(dà)质量的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观(guān)测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不(bù)是在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解释(shì)方法(fǎ)就是(shì)当星团(tuán)发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质(zhì)则直接(jiē)通过(guò)了这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻(zǔ)地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经过了(le)130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐(fú)射。其(qí)中红色的部分表示温度较(jiào)高(gāo)的区域(yù)，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷的(de)区域(yù)，但实际上它们之间的(de)温差只(zhǐ)有(yǒu)万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的(de)二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而(ér)随着暗(àn)物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与(yǔ)解释星系当中恒(héng)星运(yùn)动所需(xū)要的(de)暗(àn)物质比例(lì)是一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了(le)一(yī)个简单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它(tā)们(men)不(bù)参与(yǔ)任何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科(kē)学家们已经提出了数十种的(de)假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需(xū)要(yào)的实(shí)验方式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次(cì)的(de)实验，却没有任何实(shí)质性的(de)发现，除了一个地方，意(yì)大利的格(gé)兰萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

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

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自(zì)1997年以来，这里的(de)科学家声(shēng)称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年(nián)的数(shù)据收集，人们发现了(le)一个有趣的(de)事情。探测率会在(zài)每(měi)年的(de)6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物质的(de)第一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程(chéng)中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的(de)方(fāng)向是(shì)一致的(de)，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在(zài)实(shí)际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平面(miàn)呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论(lùn)的(de)有效性。

因此科学家认为这可(kě)以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差(chà)异也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山上的(de)积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期(qī)的规(guī)律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了(le)一个几乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前(qián)的实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特(tè)征和第一(yī)个实(shí)验(yàn)室是(shì)一(yī)样的(de)。

因此，如(rú)果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心(xīn)的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的(de)诞生，或(huò)者说是生命进化(huà)的一个(gè)重要因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步(bù)的证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这(zhè)样的效应创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物(wù)质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新(xīn)的(de)动力(lì)！

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