宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为何(hé)会存在科学(xué)无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们(men)在过去的几十年(nián)当中进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任(rèn)何的有效(xiào)证据(jù)。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自(zì)然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的(de)几百年来，当(dāng)天(tiān)文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出(chū)现异常，不(bù)符合(hé)万有引力定律的(de)时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)所取得(dé)重大(dà)天文(wén)成就的例子。但(dàn)是(shì)这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们(men)上(shàng)升到(dào)星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量(liàng)后(hòu)发星系团(tuán)的(de)质量。这是一(yī)个(gè)由数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些(xiē)星(xīng)系被引力束缚在(zài)一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的(de)范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学(xué)质量的计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红(hóng)移测(cè)量(liàng)星系团中的各个星系(xì)相对于星系团的运(yùn)动(dòng)速度(dù)。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速度的(de)过程中(zhōng)，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是(shì)无法将它(tā)们(men)束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基(jī)提出(chū)了这样(yàng)部(bù)分不可见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一次(cì)出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在观测(cè)仙女座星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们(men)观测的(de)结果却让人(rén)感到不可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如(rú)果(guǒ)没(méi)有(yǒu)足够大(dà)的质量(liàng)来(lái)吸引(yǐn)它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学(xué)家们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物(wù)质的(de)存在，这种方(fāng)法就是测(cè)量星(xīng)系当(dāng)中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学家们(men)通过射电望(wàng)远镜测量了距(jù)离(lí)星系(xì)中心(xīn)更远距离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度并不符(fú)合(hé)牛(niú)顿的力(lì)学(xué)定(dìng)律。我(wǒ)们的太(tài)阳(yáng)系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的(de)速度围绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速(sù)度远远大于(yú)理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我(wǒ)们(men)看不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学(xué)家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质(zhì)的质量(liàng)占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一(yī)项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度(dù)上的微小差异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在(zài)的恒星数(shù)量却只有银(yín)河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须(xū)存(cún)在暗物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系(xì)中的恒星(xīng)运(yùn)动是可以用正常的物质(zhì)和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许(xǔ)该星系(xì)的(de)暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的(de)另一(yī)个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近(jìn)没有任何星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除了(le)暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类(lèi)对(duì)引力的理解还不够全(quán)面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺(chǐ)度空(kōng)间(jiān)中的工作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味着在(zài)行(xíng)星(xīng)系尺度(dù)中的(de)天体会(huì)沿着它们(men)的轨道(dào)，按照我们所理解的方式(shì)运动。但(dàn)是上升(shēng)到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系(xì)团之(zhī)间(jiān)的(de)相互作用，科学家还(hái)引入了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的(de)是在数百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们需要对(duì)现(xiàn)在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当(dāng)中还(hái)有关于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都(dōu)在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星(xīng)团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气体的相互(hù)作用就会(huì)导致温度的急(jí)剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么(me)来验证它的质量区域(yù)到底(dǐ)是不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全(quán)彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨(jù)大的(de)形变(biàn)。其实这些星系本身(shēn)并不是(shì)真的(de)被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么问(wèn)题(tí)，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天(tiān)体(tǐ)和(hé)我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天体可能是超(chāo)大质(zhì)量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观测的(de)时候，发现它的大(dà)质量区域并不(bù)是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的(de)解释(shì)方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直(zhí)接(jiē)通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜研(yán)究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的(de)理论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上(shàng)它们(men)之间(jiān)的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背景分(fēn)离后的二值(zhí)图像进行(xíng)连通域提(tí)取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应该是这样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我(wǒ)们需要的(de)暗(àn)物质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需(xū)要(yào)的暗物质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不(bù)同的(de)观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何其他(tā)的(de)电磁作用，只通过引力(lì)来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科学家们已经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要(yào)寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在(zài)过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次(cì)的(de)实验，却没有任何(hé)实(shí)质(zhì)性的(de)发现，除(chú)了(le)一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大的地学(xué)实验(yàn)室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物(wù)质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的当日事当日毕什么意思，今日事今日毕,勿将今事待明日科学家声称(chēng)观测到(dào)了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了(le)20多(duō)年(nián)的数据(jù)收集，人们(men)发(fā)现了(le)一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到(dào)峰(fēng)值(zhí)，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每(měi)年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人(rén)类发现暗物质的(de)第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物(wù)质(zhì)会产生周期性的年(nián)度(dù)信号呢(ne)？刚才(cái)我(wǒ)们(men)讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银河系进行移动，那(nà)么(me)如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是(shì)一致(zhì)的，而另(lìng)外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到(dào)完全一(yī)致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况(kuàng)中(zhōng)，太(tài)阳系(xì)相对(duì)银河系的平面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员们(men)所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有其他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期(qī)信号的差异(yì)也可(kě)能是温度(dù)、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游客(kè)的数(shù)量也符合这个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同(tóng)的实验室，这(zhè)里的(de)季节与之前的实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第(dì)一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号(hào)，就可(kě)以成为暗(àn)物质所(suǒ)存(cún)在(zài)的非(fēi)常有力的证据了。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的(de)宽视(shì)场仪(yí)器(qì)提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的(de)效应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会(huì)支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质(zhì)会不(bù)会(huì)意味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在(zài)通过这(zhè)样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到(dào)底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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