宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么(me)？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去(qù)的(de)几十年(nián)当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次(cì)的长期实验(yàn)，但是却(què)没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的自然(rán)哲(zhé)学(xué)数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王(wáng)星的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是(shì)应(yīng)用万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重大天文成就的(de)例(lì)子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升(shēng)到(dào)星(xīng)系或者是星团的尺度，事(shì)情(qíng)就(jiù)开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士(shì)的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和测量后发星系团(tuán)的(de)质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测量星系团的(de)质量一般(bān)会(huì)使用到两种方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的(de)光度(dù)。

第二(èr)种是(shì)动力学(xué)质量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相对于星系团(tuán)的运(yùn)动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的2l是多少斤 2l是多少kg质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星(xīng)系团中很(hěn)多星(xīng)系的速度(dù)比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们(men)束缚在(zài)星系团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该(gāi)被抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出(chū)了(le)这样部(bù)分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量。只是当(dāng)时的人们对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的(de)恒(héng)星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定2l是多少斤 2l是多少kg律(lǜ)，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有足(zú)够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这(zhè)种现(xiàn)象，科学(xué)家(jiā)们会(huì)使(shǐ)用(yòng)一种相对标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测(cè)量星系当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度(dù)。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速(sù)度(dù)并不符(fú)合牛(niú)顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系(xì)的第三悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系(xì)中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于(yú)理论速(sù)度，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的(de)存(cún)在。科学家根据(jù)星系外(wài)恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质(zhì)量占(zhàn)整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解(jiě)释这(zhè)个现象的(de)原因。在一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还发现了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分(fēn)之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分(fēn)崩离析(xī)。但(dàn)是科学家们(men)使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜对其(qí)进行了(le)40个小时的详细测(cè)量之后，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质(zhì)和力学定(dìng)律(lǜ)来解释(shì)的。那么又有人提(tí)出，也(yě)许该星系的(de)暗物质(zhì)，已(yǐ)经被(bèi)附近的另(lìng)一(yī)个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没(méi)有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些现象的除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可(kě)能(néng)就是人类(lèi)对引力的(de)理解还不(bù)够(gòu)全(quán)面，引(yǐn)力(lì)很(hěn)可能在不(bù)同尺(chǐ)度(dù)空间(jiān)中的工(gōng)作方式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理(lǐ)解的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方式。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多(duō)人认为暗(àn)物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关于暗物(wù)质存在的其(qí)他的(de)理(lǐ)论证(zhèng)据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这(zhè)样的星团(tuán)，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量都在星系(xì)的气体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体的相互作(zuò)用就(jiù)会导致温度的急(jí)剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些气(qì)体(tǐ)所在的中间(jiān)区(qū)域。那么我们(men)通过什么来验(yàn)证它(tā)的质量区(qū)域(yù)到底是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清(qīng)照(zhào)片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实(shí)这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远(yuǎn)的(de)天体和我们(men)地球上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超(chāo)级(jí)巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个(gè)超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的(de)天(tiān)体可能是(shì)超大质量的(de)黑洞或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团观测(cè)的时(shí)候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在(zài)了(le)中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的(de)引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在(zài)的迄今为(wèi)止最(zuì)好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下了各相同(tóng)性的微波(bō)辐(fú)射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它们之间的温(wēn)差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们(men)通过对前景背(bèi)景分离后的(de)二值图像进行(xíng)连通域提取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的(de)，而随着暗物(wù)质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来(lái)“和(hé)谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量值，我们(men)需要的(de)暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星(xīng)系当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的(de)暗(àn)物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架(jià)，就很好(hǎo)地(dì)解(jiě)释了很(hěn)多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本(běn)质就是(shì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何其他(tā)的电(diàn)磁(cí)作用，只通过引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实际(jì)证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什么？科学家(jiā)们已经提(tí)出了数(shù)十种的假想目(mù)标，而要寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒(lì)子(zi)所需要的实(shí)验方式(shì)也不相同。在过去的(de)几(jǐ)十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经进(jìn)行了(le)超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数(shù)据(jù)收集，人们发现(xiàn)了(le)一(yī)个(gè)有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然(rán)后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个(gè)直接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期(qī)性的(de)年度信号呢？刚才我们(men)讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕(rào)着(zhe)银河(hé)系进行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们也(yě)在(zài)以这样的(de)速度在(zài)穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过(guò)程中会产生(shēng)相应(yīng)的(de)振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间(jiān)，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河系(xì)的方向是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到(dào)完全一(yī)致(zhì)，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期(qī)性(xìng)信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的(de)情况，造(zào)成这(zhè)种年度周期(qī)信号的(de)差异也(yě)可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连(lián)意(yì)大利游(yóu)客的数(shù)量也符合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在南半球(qiú)建立了一个(gè)几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这(zhè)里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运动特征(zhēng)和第一个(gè)实验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可(kě)以得(dé)到相(xiāng)同的(de)信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常有(yǒu)力(lì)的证据了(le)。但是由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无法提(tí)供相(xiāng)应(yīng)的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一(yī)个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理(lǐ)论得到进(jìn)一(yī)步的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物质会不会(huì)意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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