宇宙(zhòu)是(shì)“人为制(zhì)造(zào)”的？为(wèi)何会(huì)存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质(zhì)又究竟是什(shén)么(me)？人类为(wèi)了(le)寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却(què)没(méi)有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后(hòu)的几百年来(lái)，当天文学家(jiā)们(men)发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力(lì)定律的时(shí)候，他们(men)就会(huì)知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算(suàn)并且发现结婚时还是处的多吗，结婚还是处的有多少了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星(xīng)的发现都(dōu)是应用万有引力(lì)定律所(suǒ)取得(dé)重大天文成就的例子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者(zhě)是(shì)星(xīng)团的尺度(dù)，事(shì)情就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后(hòu)发(fā)星系团(tuán)的(de)质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚(fù)在(zài)一(yī)起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致(zhì)，就(jiù)可(kě)以确(què)定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计(jì)算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对(duì)于星系(xì)团的(de)运动速度(dù)。当测(cè)量结(jié)果出来(lái)之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度的(de)过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的质量所产(chǎn)生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非(fēi)有一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力(lì)量(liàng)来源于某种隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了(le)这样部(bù)分不(bù)可(kě)见的(de)暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个(gè)词才再一次出(chū)现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒(héng)星在(zài)其(qí)轨道(dào)上的运行速度就会越慢(màn)。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随(suí)着与结婚时还是处的多吗，结婚还是处的有多少中(zhōng)心距离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星系当(dāng)中气(qì)体在X轴上距离星系中心的(de)距离(lí)，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速(sù)度(dù)。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星(xīng)系(xì)中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符(fú)合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河(hé)系的(de)第(dì)三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的(de)运(yùn)行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那(nà)么产生以(yǐ)上这(zhè)种向心加速度的(de)原因(yīn)很(hěn)可能(néng)就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看(kàn)不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗(àn)物质(zhì)的引力(lì)效(xiào)应将星系(xì)聚(jù)集(jí)在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的(de)研(yán)究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的(de)速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一(yī)项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们(men)发现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之间，也(yě)会(huì)出(chū)现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多(duō)，但(dàn)是(shì)星系当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量却(què)只有银河(hé)系的(de)千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家们(men)使用(yòng)最先进的(de)望远镜对其(qí)进行了40个(gè)小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是可以用正常的(de)物质和力学定律来解释(shì)的。那么又有(yǒu)人提(tí)出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没有(yǒu)任何星系存(cún)在。造(zào)成这(zhè)些(xiē)现象的(de)除了(le)暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力(lì)的理(lǐ)解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能在(zài)不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们(men)的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不(bù)同(tóng)的方式。对于(yú)在星系(xì)团之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作用，科学家还引(yǐn)入了(le)外(wài)部(bù)场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的(de)理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类(lèi)似这(zhè)样的(de)星团，它们大部分的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧(jù)升(shēng)高(gāo)，速(sù)度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上，在(zài)碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有(yǒu)这(zhè)些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什(shén)么来验(yàn)证它的(de)质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么(me)问(wèn)题，而是(shì)这样极(jí)遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们(men)地球上(shàng)的观测者之间(jiān)。被(bèi)一个(gè)质量(liàng)超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都(dōu)发(fā)生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个(gè)现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星(xīng)系(xì)团观测的时(shí)候，发(fā)现它(tā)的大质量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是(shì)当星(xīng)团发生全部(bù)的(de)碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个(gè)区(qū)域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的(de)迄今为(wèi)止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了(le)130多(duō)亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下了(le)各相同性(xìng)的(de)微波辐射。其中红(hóng)色(sè)的(de)部分表示温(wēn)度(dù)较(jiào)高的(de)区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它们之间(jiān)的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行(xíng)连通(tōng)域(yù)提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来(lái)不(bù)应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度(dù)会(huì)减小，才变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质大约(yuē)是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个(gè)简单的(de)理(lǐ)论框架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就(jiù)是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能(néng)够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么(me)？科学家(jiā)们已(yǐ)经提(tí)出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十(shí)年(nián)当中，人类为了(le)寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎(hū)不(bù)会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的(de)实(shí)验，却没有任(rèn)何(hé)实质性的(de)发现，除了一(yī)个地方(fāng)，意大利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学实验室(shì)，这(zhè)个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层(céng)楼高的探测(cè)器，一直致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了(le)20多(duō)年的数据收集，人(rén)们(men)发(fā)现了一个有趣(qù)的(de)事情。探测率会(huì)在每(měi)年(nián)的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每(měi)年(nián)都是一样。一些科学家(jiā)认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗(àn)物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以(yǐ)有半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半(bàn)年则(zé)与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系(xì)的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可(kě)能有其他的(de)情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数(shù)量也(yě)符合(hé)这个周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室(shì)正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验(yàn)室是(shì)一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太(tài)空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用途(tú)就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的(de)结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实(shí)验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或者说是生命进化(huà)的(de)一个重要(yào)因素。

如果这一理论(lùn)得到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这(zhè)样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提(tí)是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物(wù)质存(cún)在(zài)的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支(zhī)持是(shì)我更新的(de)动力！

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