宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟(jìng)是什么(me)？人类为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的证据，科学家们在(zài)过去的(de)几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没(méi)有发现任(rèn)何的有效(xiào)证据(jù)。除了一个(gè)地(dì)方(fāng)，在1687年出(chū)版(bǎn)的(de)自(zì)然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运动(dòng)的规(guī)律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当(dāng)天(tiān)文学(xué)家们发(fā)现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)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(hǎi)王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应(yīng)用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文(wén)成就的例(lì)子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是(shì)在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星(xīng)系或者(zhě)是(shì)星团的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威(wēi)基正在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚在一(yī)起。测量星系团(tuán)的质量一(yī)般会(huì)使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的(de)质量"，需要(yào)的数(shù)据是(shì)测(cè)量各个(gè)星系的(de)光度。

第二种是动力学质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系(xì)相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结(jié)果出来(lái)之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量(liàng)并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度(dù)的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星系团中(zhōng)很(hěn)多星(xīng)系的(de)速度(dù)比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系(xì)的质量所(suǒ)产生(shēng)的(de)引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束(shù)缚在星系团(tuán)内的(de)，它们(men)早就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这样部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在(zài)观(guān)曹冲称象的故事说明了什么科学道理，曹冲称象这个故事告诉我们什么道理测仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来(lái)说，距离中心越远的(de)恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是(shì)他们观测(cè)的(de)结(jié)果却让人感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系(xì)当中(zhōng)如果没(méi)有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些(xiē)外(wài)围的(de)恒(héng)星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学(xué)家们会使用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来解释暗(àn)物质的(de)存(cún)在，这种方法就是测量星系当(dāng)中(zhōng)气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的(de)距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们(men)的旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速(sù)度(dù)的原(yuán)因很可(kě)能就是存(cún)在着一(yī)种(zhǒng)我们(men)看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物(wù)质的(de)引力效应将星系聚(jù)集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人(rén)员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远镜对(duì)其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以用正(zhèng)常的物(wù)质(zhì)和力学(xué)定律来(lái)解释的。那么(me)又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大(dà)星(xīng)系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的(de)附近没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物(wù)质的假说(shuō)之外，另一种可(kě)能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理解的(de)方(fāng)式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相(xiāng)互(hù)作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家还引入了外(wài)部(bù)场(chǎng)效应的(de)概念，指的(de)是在数百万(wàn)光年的(de)规模上，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对(duì)现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在(zài)的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿(yì)光(guāng)年(nián)的子(zi)弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部(bù)分的(de)普通(tōng)质量都在(zài)星系的气(qì)体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作用(yòng)就会(huì)导(dǎo)致(zhì)温度的急(jí)剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来验(yàn)证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢(ne)？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极(jí)遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球上的(de)观测(cè)者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个(gè)巨大的(de)天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发(fā)现(xiàn)它的(de)大质(zhì)量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方法就(jiù)是(shì)当星团发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了(le)中间，暗(àn)物质则直接通(tōng)过了这个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗(àn)物质存(cún)在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下了(le)各相同(tóng)性的微波辐(fú)射(shè)。其中(zhōng)红色的部(bù)分表示(shì)温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的(de)温差只有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后的二(èr)值(zhí)图像进(jìn)行连(lián)通(tōng)域(yù)提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是(shì)这样的(de)，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的(de)测量值，我们(men)需(xū)要(yào)的(de)暗物质大(dà)约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比(bǐ)例(lì)是(shì)一致的。这就(jiù)意味着。

用了(le)一(yī)个简单的理论框架，就很好地(dì)解释(shì)了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的(de)实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要(yào)寻找这些不(bù)同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实(shí)质性的(de)发现(xiàn)，除了一个(gè)地方(fāng)，意(yì)大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的(de)地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了(le)20多年的数(shù)据(jù)收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率(lǜ)会在每(měi)年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕着银(yín)河系进行(xíng)移动，那么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的(de)方(fāng)向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影(yǐng)响这个理论的(de)有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这可(kě)以用来解(jiě)释(shì)，研究人员们(men)所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信(xìn)号(hào)。当(dāng)然也可能有其他(tā)的(de)情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上(shàng)的(de)积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客的数量也(yě)符合这(zhè)个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了一(yī)个(gè)几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一(yī)样的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在的(de)非常有力(lì)的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所(suǒ)以截至(zhì)目前还(hái)无法(fǎ)提供相应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同(tóng)，但它的(de)宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质(zhì)背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测(cè)的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化(huà)的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是(shì)要先找到(dào)暗(àn)物(wù)质存在(zài)的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的(de)支持是(shì)我更(gèng)新(xīn)的动力！

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