宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为(wèi)何会存(cún)在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学(xué)家们在过去的(de)几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的(de)自(zì)然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有一般上大一是多少岁，大一是多少岁哪年的(yǒu)引力定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学(xué)家们发(fā)现某些天体(tǐ)运行轨道出(chū)现异常，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就通过天(tiān)王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得(dé)重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系(xì)统(tǒng)的(de)尺度当中，可当我们上(shàng)升到星(xīng)系或者是星团的(de)尺度(dù)，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使用(yòng)到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定其质量(liàng)的(de)范围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需(xū)要的数据是测量各(gè)个(gè)星系的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红移(yí)测(cè)量星系团中(zhōng)的(de)各个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当测量(liàng)结(jié)果出(ch一般上大一是多少岁，大一是多少岁哪年的ū)来之后(hòu)，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生的引力(lì)是无法将(jiāng)它们束(shù)缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之(zhī)外了(le)，除非有一种神秘的(de)力量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部(bù)分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越(yuè)慢。但是他们(men)观测的结果(guǒ)却(què)让人(rén)感到不可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的(de)质(zhì)量来吸(xī)引它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距(jù)离星系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就(jiù)认为是由(yóu)暗(àn)物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系(xì)的(de)运行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不到(dào)的(de)物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了(le)一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越来越多(duō)的(de)研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在(zài)一项新的(de)研究当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的(de)微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发(fā)现了一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家(jiā)们(men)使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动(dòng)是可(kě)以用正常的物质和力学定(dìng)律(lǜ)来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的(de)暗(àn)物质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现象的(de)除(chú)了暗物(wù)质的(de)假说(shuō)之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类对(duì)引力(lì)的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作方式是不同的，这意(yì)味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的相互作(zuò)用则是不同(tóng)的方式。对于在星系(xì)团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的(de)效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们需要对(duì)现(xiàn)在的物理(lǐ)定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是(shì)在(zài)宇宙当中还(hái)有关(guān)于暗物质(zhì)存在的其(qí)他的(de)理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的(de)星(xīng)团，它们(men)大部分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体的相互作用就会(huì)导致温度的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么(me)我们(men)通过什么来(lái)验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看(kàn)到很(hěn)多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一(yī)个(gè)质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞(dòng)或(huò)者是(shì)暗物(wù)质。

所以当人们(men)对子弹星(xīng)系团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是(shì)当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通(tōng)过了(le)这个(gè)区域(yù)，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也(yě)被(bèi)认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的(de)理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了(le)各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的(de)部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二(èr)值(zhí)图像进行连通(tōng)域(yù)提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形(xíng)看起来不应(yīng)该是这样的，而(ér)随(suí)着暗物质的(de)增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们需要的(de)暗物质大(dà)约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗(àn)物质比例是(shì)一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解(jiě)释(shì)了很多不同的(de)观测结果。而(ér)暗(àn)物质的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种类型的粒(lì)子，它们(men)不(bù)参(cān)与任何其他(tā)的电(diàn)磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果能够找(zhǎo)到(dào)这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的(de)实(shí)际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么(me)？科(kē)学家们已经提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒(lì)子(zi)所需要的(de)实验方(fāng)式(shì)也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了(le)一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下(xià)矿井当中，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(yī)个三层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学家声(shēng)称(chēng)观测到了(le)某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个(gè)有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性的(de)年度信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在(zài)以这样的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质(zhì)流(liú)，这个过(guò)程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太(tài)阳的(de)方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河系的(de)方向是一致(zhì)的(de)，而另外半年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一(yī)致(zhì)，这是(shì)理论(lùn)上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响这个理(lǐ)论(lùn)的(de)有效性(xìng)。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人(rén)员们所观(guān)测到的(de)周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与之前的(de)实验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运动特征和(hé)第一(yī)个实验(yàn)室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到(dào)相同的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无(wú)法提供相(xiāng)应(yīng)的数(shù)据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的(de)100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生命(mìng)进化(huà)的一个(gè)重要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并(bìng)不(bù)孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这(zhè)些推论的大前提(tí)是要先(xiān)找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新的(de)动力！

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