宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解(jiě)释(shì)的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么(me)？人(rén)类(lèi)为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证据，科学家(jiā)们在过去(qù)的几十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲学数学(xué)原理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当(dāng)天(tiān)文(wén)学(xué)家(jiā)们(men)发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的(de)发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定(dìng)律所取得重大(dà)天(tiān)文成就(jiù)的例子(zi)。但是这些发(fā)现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们(men)上升(shēng)到星系或(huò)者(zhě)是(shì)星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量。这是一(yī)个由数千个星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可(kě)以确(què)定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各个(gè)星系的(de)光(guāng)度。

第二种是动力(lì)学质量的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星(xīng)系团(tuán)中的各个星系(xì)相对于(yú)星系团的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意(yì)味(wèi)着，后发座(zuò)星(xīng)系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生(shēng)的(de)引力是(shì)无(wú)法将它们束缚(fù)在星系团(tuán)内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基(jī)提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散(sàn)光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却(què)占据(jù)着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝(jué)大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时(shí)的人们对(duì)这样(yàng)的(de)一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的(de)结果却让(ràng)人(rén)感到不(bù)可思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如(rú)果没有足够大(dà)的(de)质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是(shì)测量(liàng)星系当中气(qì)体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的(de)结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心(xīn)更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的(de)第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系(xì)的运(yùn)行速(sù)度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的(de)原因很(hěn)可能(néng)就是(shì)存在着一(yī)种(zhǒng)我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的(de)引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不(bù)是(shì)唯一可以解释这个现象(xiàng)的(de)原因。在一项新的(de)研(yán)究当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥(yáo)远(yuǎn)恒(héng)星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银(yín)河系不多，但(dàn)是星系当中存在(zài)的(de)恒星数量却只有银(yín)河(hé)系的(de)千分之一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存(cún)在(zài)暗(àn)物(wù)质，否则(zé)就会分崩离析(xī)。但(dàn)是科学家们使用最(zuì)先进(jìn)的(de)望(wàng)远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个(gè)小时的详(xiáng)细(xì)测(cè)量之后，发现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是(shì)可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近(jìn)的另一(yī)个大星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没有(yǒu)任何(hé)星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一种可(kě)能就是人类(lèi)对引力的(de)理解还不够全面，引力很可(kě)能(néng)在不同(tóng)尺度空间中的工作方(fāng)式是(shì)不同的，这意味(wèi)着在行星系(xì)尺度中的(de)天体(tǐ)会(huì)沿(yán)着它们(men)的(de)轨道，按照我们(men)所理解(jiě)的方式运动。但是(shì)上(shàng)升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作(zuò)用则(zé)是(shì)不同的(de)方式。对(duì)于在(zài)星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部(bù)场效应的(de)概念，指的(de)是在数百(bǎi)万光年(nián)的(de)规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产生(shēng)对(duì)彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这(zhè)意味着(zhe)我们(men)需要对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在(zài)的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙(méng)德(dé)理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似(shì)这样的(de)星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的(de)气体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候(hòu)，星际气(qì)体的相互(hù)作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大(dà)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(de)质量将位于所有(yǒu)这些气(qì)体所在(zài)的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验(yàn)证它(tā)的质量区域(yù)到底(dǐ)是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第(dì)一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们(men)可(kě)以明显地看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是(shì)真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西的引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观(guān)测的时候，发(fā)现它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气(qì)体(tǐ)被卡(kǎ)在了(le)中间(jiān)，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成(chéng)了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研(yán)究也被(bèi)认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了(le)130多亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的二值图像(xiàng)进行连通域(yù)提取和标记(jì)之后(hòu)发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起(qǐ)来不(bù)应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的(de)幅度(dù)会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要(yào)的暗物(wù)质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗(àn)物质的本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作(zuò)用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒(lì)子(zi)所(suǒ)需要的实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的(de)实验(yàn)，却(què)没有任何实质性的发现，除(chú)了(le)一(yī)个地方，意大(dà)利的(de)格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上当兵的人会不会那方面不行，当兵男是不是都精力旺盛最大的(de)地(dì)学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科(kē)学家(jiā)声称观测(cè)到了(le)某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会(huì)在每年(nián)的(de)6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且(qiě)在(zài)20年当中每年都(dōu)是一(yī)样(yàng)。一些科学家认为这可能是人(rén)类发现暗物(wù)质的第一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围绕(rào)着银河系(xì)进(jìn)行移动，那么如果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们(men)也在以这样的速(sù)度在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球又以30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一(yī)致的(de)，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的(de)情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为(wèi)这可以用(yòng)来(lái)解释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信(xìn)号。当然(rán)也(yě)可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大利游(yóu)客(kè)的数量(liàng)也符合这(zhè)个周期(qī)的(de)规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个(gè)几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里的季节(jié)与之前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验(yàn)室是一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这里可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于(yú)这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无法提(tí)供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远(yuǎn)镜其(qí)中一个(gè)关键的用途就是探索暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对(duì)于探测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目(mù)以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极有可(kě)能拥(yōng)有另(lìng)一(yī)种神秘(mì)的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会(huì)支(zhī)持宇宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进(jìn)一(yī)步的(de)证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通过这样的效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉(jué)得暗(àn)物质到(dào)底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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