宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存(cún)在科学无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了(le)寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的(de)证据，科学(xué)家(jiā)们在过去的(de)几十(shí)年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示(shì)了(le)宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行(xíng)轨道(dào)出现异常，不(bù)符合万(wàn)有引力定(dìng)律的(de)时候，他(tā)们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发(fā)现了(le)海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万(wàn)有引力定律所取得重(zhòng)大天(tiān)文(wén)成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些(xiē)发(fā)现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到星系或者(zhě)是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威(wēi)基正(zhèng)在研究和测量后(hòu)发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系(xì)所组成的(de)巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚(fù)在一起。测(cè)量(liàng)星系团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可(kě)以确定其(qí)质量(liàng)的(de)范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测(cè)量(liàng)星(xīng)系(xì)团中的各个(gè)星系相对(duì)于星(xīng)系团(tuán)的(de)运(yùn)动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的(de)形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的(de)是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系(xì)团中很(hěn)多星系的(de)速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生(shēng)的引力是无法将(jiāng)它们(men)束缚在星系团内的(de)，它(tā)们早就(jiù)应该被抛出(chū)星系(xì)团之(zhī)外(wài)了，除(chú)非有一(yī)种神(shén)秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词(cí)才再一(yī)次(cì)出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的结果却让人感到不(bù)可思(sī)议(yì)。

随着与中心距(jù)离(lí)的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的(de)万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来(lái)解释暗物(wù)质的存在(zài)，这(zhè)种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就是测量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如(rú戊申年是哪一年)果出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进(jìn)入其中。

于(yú)是(shì)科学(xué)家们(men)通(tōng)过射电(diàn)望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不(bù)例外，太阳系位于银河系(xì)的(de)第(dì)三悬臂之上，距离(lí戊申年是哪一年)银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进(jìn)行计(jì)算(suàn)，太阳系(xì)的(de)运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度(dù)远远大(dà)于理论(lùn)速度，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速(sù)度(dù)的原因很可能就是存在着一种我们(men)看不(bù)到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质的引力(lì)效(xiào)应(yīng)将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学(xué)家(jiā)根据星系(xì)外恒星(xīng)轨(guǐ)道(dào)的(de)速度(dù)，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科(kē)学家(jiā)们(men)发现，几乎没(méi)有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系(xì)不多，但是星系当中存在的(de)恒星数(shù)量却(què)只有银(yín)河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是(shì)科学家们使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜(jìng)对(duì)其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的(de)详细(xì)测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用(yòng)正常的物质和(hé)力学定律来解释(shì)的。那么(me)又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经被附(fù)近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗(àn)物质的假说之外，另(lìng)一种可能(néng)就是人类(lèi)对引力(lì)的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作方式是(shì)不(bù)同的，这(zhè)意味着在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们(men)所(suǒ)理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同(tóng)的方式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效(xiào)应的(de)概念(niàn)，指(zhǐ)的(de)是(shì)在(zài)数百万光年的规模上，巨(jù)大的质(zhì)量(liàng)之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在(zài)的(de)物理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这些发现也(yě)让很多(duō)人认为(wèi)暗物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是(shì)在(zài)宇(yǔ)宙当中还(hái)有关(guān)于(yú)暗(àn)物(wù)质存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这(zhè)些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为(wèi)37亿光年的子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大(dà)部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们(men)通(tōng)过什么(me)来验证它的质量区域到底是(shì)不(bù)是(shì)集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)第(dì)一(yī)张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中我(wǒ)们(men)可以(yǐ)明显地看到很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其实(shí)这些星系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯(bó)望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上(shàng)的(de)观测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超(chāo)级巨(jù)大(dà)的(de)天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西(xī)的引力，会使身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光都发(fā)生了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这个(gè)巨大的(de)天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接通(tōng)过(guò)了这个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的(de)引力(lì)透镜研(yán)究也(yě)被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的(de)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(dāng)中最古(gǔ)老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各(gè)相同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其中红色的(de)部(bù)分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差(chà)只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二(èr)值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是这(zhè)样的，而(ér)随(suí)着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测量值，我们(men)需要的暗(àn)物(wù)质大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗(àn)物质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好(hǎo)地(dì)解释(shì)了很多不同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某(mǒu)种(zhǒng)类(lèi)型的粒子(zi)，它们(men)不参(cān)与任何(hé)其他的(de)电(diàn)磁作用，只通过引力来(lái)相互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够找到这种(zhǒng)粒子(zi)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(jiā)们(men)已经提出了(le)数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却(què)没(méi)有(yǒu)任何(hé)实质性(xìng)的发现，除了(le)一(yī)个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的(de)地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实(shí)验室(shì)，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学(xué)家声(shēng)称(chēng)观测到了某种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的数(shù)据收集，人们发现了一个(gè)有趣(qù)的事情。探测率会在每年(nián)的(de)6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年(nián)都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲(jiǎng)了太(tài)阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那(nà)么如果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们(men)也(yě)在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应的(de)振荡，同时(shí)地球又以30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)与(yǔ)太(tài)阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外(wài)半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份(fèn)的(de)时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这(zhè)是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达(dá戊申年是哪一年)到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可以用(yòng)来(lái)解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到的(de)周(zhōu)期性(xìng)信号(hào)。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符(fú)合(hé)这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们(men)又在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这(zhè)里(lǐ)的季(jì)节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流(liú)的(de)运动特征和第一个实(shí)验室是一(yī)样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的(de)非常有力的(de)证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还(hái)无法(fǎ)提供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费(fèi)米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家(jiā)丹(dān)琥(hǔ)珀和(hé)贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物(wù)质存在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的(de)诞(dàn)生(shēng)，或(huò)者说是生(shēng)命(mìng)进化的一个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的(de)支(zhī)持(chí)是(shì)我更新(xīn)的动(dòng)力！

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