宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造(zào)”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质存(cún)在(zài)的证(zhèng)据(jù)，科学(xué)家们(men)在过(guò)去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没(méi)有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的(de)几百年来(lái)，当(dāng)天文学(xué)家们发(fā)现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不(bù)符(fú)合万有引力(lì)定律的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道(dào)，周围一定有未知(zhī)的(de)天(tiān)体通过引力(lì)在(zài)摄动它(tā)的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的(de)异(yì)常，推算并且发现了(le)海王星(xīng)的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大(dà)天文(wén)成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威基正(zhèng)在研究(jiū)和测量(liàng)后发星系团的质量。这(zhè)是(shì)一个由数千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系(xì)团，这(zhè)些星(xīng)系被引力束缚在一(yī)起。测(cè)量星系团的质量(liàng)一(yī)般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移测量星(xīng)系团中的各(gè)个(gè)星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并不(bù)以可(kě)见光的形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到。最诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度的(de)过(guò)程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系的速度(dù)比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系的(de)质量所产生的引力(lì)是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团(tuán)之外(wài)了，除(chú)非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们(men)对这样的一种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系(xì)中的(de)恒星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距(jù)离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的方法来解释(shì)暗物(wù)质(zhì)的存在(zài)，这种方法就(jiù)是测量星(xīng)系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常的(de)结果，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的(de)力量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通过射电望远镜测量了距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并(bìng)不(bù)符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例(lì)外(wài)，太阳系(xì)位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度(dù)应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河(hé)系旋转，这个(gè)实际(jì)速(sù)度远远大于理论(lùn)速度，那么(me)产生以上这种向心加速(sù)度的原因(yīn)很可能就是存(cún)在着一种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物(wù)质的(de)引力效(xiào)应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一(yī)可(kě)以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离(lí)析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的(de)恒(héng)星(xīng)运动是可(kě)以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释(shì)的(de)。那么又有(yǒu)人(rén)提(tí)出，也(yě)许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另(lìng)一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任(rèn)何星系存(cún)在。造成这(zhè)些(xiē)现象(xiàng)的除了(le)暗(àn)物质的假说之外，另一种可能(néng)就是人类对引(yǐn)力(lì)的(de)理解还不(bù)够全面，引力很(hěn)可能(néng)在不同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星(xīng)系(xì)团之间的(de)相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效(xiào)应的概念，指的是(shì)在数百万光(guāng)年的规(guī)模(mó)上，巨(jù)大(dà)的质量之间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着(zhe)我(wǒ)们需(xū)要对现在(zài)的物理定(dìng)律进(jìn)行(xíng)修正(zhèng)，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人认为暗(àn)物质假说(shuō)理(lǐ)论就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光(guāng)年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的(de)星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际(jì)气体的相互作用就(jiù)会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团大部(bù)分(fēn)的质量(liàng)将位(wèi)于所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们(men)可以明(míng)显地(dì)看到很多星系(xì)似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题(tí)，而(ér)是这样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观(guān)测者之间。被一(yī)个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大(dà)质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是(1亿等于多少万shì)引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜(jìng)效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的(de)黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所以当人(rén)们(men)对(duì)子弹星(xīng)系团(tuán)观测(cè)的时(shí)候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在(zài)两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被观测到的(de)质量(liàng)气(qì)体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认(rèn)为是暗物(wù)质存(cún)在的迄(qì)今为(wèi)止最好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通(tōng)无阻地(dì)穿越(yuè)在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下(xià)了各相同性(xìng)的(de)微波辐(fú)射(shè)。其中(zhōng)红色的部(bù)分表(biǎo)示温(wēn)度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实际上它(tā)们(men)之间(jiān)的温差只有万(wàn)分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对(duì)前景背景分(fēn)离后的二值图像进行(xíng)连(lián)通(tōng)域提取(qǔ)和(hé)标(biāo)记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不应该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物质的(de)增(zēng)加，一些峰值的(de)幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质大约是(shì)普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字(zì)与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很多(duō)不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗物质的(de)本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于找到了(le)暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数(shù)十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的目标粒子(zi)所需要的实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过(guò)去(qù)的(de)几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学家们已(yǐ)经进(jìn)行了超(chāo)过50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了(le)一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室(shì1亿等于多少万)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致(zhì)力(lì)于寻(xún)找暗物(wù)质粒子(zi)的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信号(hào)。经过(guò)了20多年的数(shù)据(jù)收集，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在(zài)每年(nián)的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都(dōu)是一样。一(yī)些(xiē)科学家认为这(zhè)可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行(xíng)移(yí)动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们(men)也在以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应(yīng)的(de)振荡(dàng)，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕(rào)太阳的(de)方向与太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向是(shì)一致的(de)，而另外半年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的(de)时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人员们所观(guān)测到的周(zhōu)期(qī)性信(xìn)号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期(qī)信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意(yì)大利(lì)游客的数量(liàng)也符(fú)合(hé)这(zhè)个(gè)周期的(de)规(guī)律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在南半(bàn)球建立(lì)了(le)一(yī)个几乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力(lì)的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器(qì)提(tí)供的(de)视(shì)野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘(mì)，对于探(tàn)测的(de)结果，我们(men)只能拭目以待了(le)。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一(yī)理论(lùn)得(dé)到进一步(bù)的(de)证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行星上，暗(àn)物(wù)质(zhì)正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗(àn)物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存(cún)不存(cún)在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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