宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什(shén)么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质存在的(de)证据，科(kē)学家们(men)在过去的几十年当中进(jìn)行了(le)超过50次的(de)长期实验，但是却没有发(fā)现任何的(de)有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力(lì)定(dìng)律，它揭(jiē)示(shì)了(le)宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符合万(wàn)有引力定(dìng)律的时候，他们就会(huì)知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的(de)异常，推算并(bìng)且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是(shì)应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例(lì)子。但是这些发现都是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到星(xīng)系(xì)或者是星团(tuán)的(de)尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在(zài)研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的(de)质量。这是一(yī)个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以(yǐ)确定(dìng)其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得其"光度(dù)学的(de)质量"，需要(yào)的数据是测(cè)量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量(liàng)的(de)计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的(de)运动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了(le)，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形(xíng)式所存(cún)在(zài)将军三箭定天山指的是谁定天下，将军三箭定天山说的是哪位历史人物，我们无(wú)法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过(guò)程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多(duō)星系的速度(dù)比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量(liàng)所产生的(de)引力是无法将它们束(shù)缚在星(xīng)系团内的，它们(men)早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在(zài)起(qǐ)作用，这种力量(li将军三箭定天山指的是谁定天下，将军三箭定天山说的是哪位历史人物àng)来(lái)源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提出了(le)这样部分(fēn)不可(kě)见的暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分的(de)质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个(gè)词才再一次(cì)出现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运(yùn)行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的(de)旋转速(sù)度(dù)几乎(hū)保持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学(xué)家(jiā)们(men)会使用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的(de)结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物(wù)质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们的太阳系也(yě)不例(lì)外(wài)，太阳系位于银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实际速(sù)度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这种向心加速(sù)度(dù)的(de)原因(yīn)很(hěn)可(kě)能就(jiù)是存(cún)在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引力效(xiào)应(yīng)将星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员(yuán)开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据星系(xì)外(wài)恒星轨道的速(sù)度(dù)，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的(de)质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学(xué)家们发现，几乎没(méi)有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的(de)微小差异。另外，天文学(xué)家还(hái)发(fā)现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是(shì)星系当中存(cún)在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系必须(xū)存在暗(àn)物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析。但是(shì)科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的(de)详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的物(wù)质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质，已经被(bèi)附近的(de)另(lìng)一(yī)个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近(jìn)没(méi)有(yǒu)任(rèn)何星系存在(zài)。造成(chéng)这些现象的除了暗物(wù)质(zhì)的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引(yǐn)力的(de)理解还不(bù)够(gòu)全(quán)面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度(dù)中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的(de)方式运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作用则是(shì)不同(tóng)的(de)方式。对于在星系团之(zhī)间的相互(hù)作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部(bù)场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需(xū)要对现在的(de)物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗(àn)物(wù)质假(jiǎ)说(shuō)理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的(de)其(qí)他(tā)的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部(bù)分的普通质量都在星系的气(qì)体当(dāng)中(zhōng)。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大(dà)幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有这些气体所在(zài)的中间区域(yù)。那(nà)么(me)我们(men)通过什么来验证它(tā)的(de)质(zhì)量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以明(míng)显地看到很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了(le)巨大的形(xíng)变。其实这些(xiē)星系本身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什么问题，而是这(zhè)样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观测者之间(jiān)。被一个质量超级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系(xì)的(de)光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它(tā)的大质(zhì)量区域并不是在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星(xīng)团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了(le)这个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力(lì)透镜研(yán)究也被(bèi)认为(wèi)是暗物(wù)质存(cún)在(zài)的(de)迄今为止最(zuì)好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古(gǔ)老的(de)光(guāng)。从宇(yǔ)宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上留下(xià)了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物(wù)质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该是(shì)这样的(de)，而随着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐(fú)射的测(cè)量值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释了很多不同(tóng)的(de)观(guān)测(cè)结果。而(ér)暗物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在(zài)着(zhe)某种类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子(zi)的(de)存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家们(men)已(yǐ)经提出(chū)了(le)数(shù)十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒子所需要的(de)实验(yàn)方式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年当(dāng)中，人类为了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实(shí)验，却(què)没有(yǒu)任何(hé)实质(zhì)性的发现，除(chú)了一个地方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地(dì)球上最(zuì)大的地学(xué)实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观(guān)测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的(de)第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质(zhì)会产生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们(men)也在以这(zhè)样(yàng)的速(sù)度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年(nián)的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太(tài)阳(yáng)系(xì)相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家(jiā)认为这可以用来解释(shì)，研(yán)究人员们所观测到的周期性(xìng)信号(hào)。当然也(yě)可能有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度(dù)周期(qī)信号的差(chà)异也可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游(yóu)客的(de)数量(liàng)也符合这(zhè)个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科(kē)学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的(de)实验室，这(zhè)里的季(jì)节与之前的(de)实验(yàn)室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运(yùn)动特(tè)征(zhēng)和第一(yī)个实(shí)验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如(rú)果在(zài)这里(lǐ)可(kě)以得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存(cún)在的非(fēi)常有力(lì)的证据了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还(hái)无法提供(gōng)相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射(shè)一(yī)台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)相同(tóng)，但它的(de)宽(kuān)视(shì)场仪器提供的视(shì)野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是(shì)探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的(de)大前(qián)提是(shì)要先找到暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动(dòng)力！

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