宇宙(zhòu)是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当(dāng)中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学家(jiā)们发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在(zài)摄动(dòng)它的(de)轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的例子。但是(shì)这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一(yī)个由数千(qiān)个(gè)星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚(fù)在(zài)一(yī)起。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相对(duì)于星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着(zhe)，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质量消失了，或(hu一周期是什么意思是多少天ò)者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系团中很多(duō)星(xīng)系的(de)速(sù)度比理论(lùn)上要快(kuài)得(dé)多(duō)，按照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束(shù)缚在(zài)星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提(tí)出了(le)这样部分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是(shì)它们却(què)占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出(chū)现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和(hé)肯(kěn)特(tè)福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测的结果却(què)让人感到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距(jù)离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如(rú)果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗(àn)物(wù)质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋(xuán)转速度(dù)。如(rú)果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力(lì)量进入(rù)其(qí)中。

于(yú)是(shì)科学家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们(men)的(de)旋转速度并不符(fú)合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的(de)第三悬臂(bì)之上(shàng)，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银(yín)河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开始(shǐ)相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速(sù)度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但是星(xīng)系当中存(cún)在的恒星数量却(què)只有银河系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的物质和(hé)力学定律来解释的(de)。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另(lìng)一(yī)个大星(xīng)系一周期是什么意思是多少天剥离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近(jìn)没(méi)有任何(hé)星(xīng)系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象的(de)除了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就是人(rén)类对引(yǐn)力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道(dào)，按(àn)照我们(men)所理解的(de)方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度(dù)，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大的(de)质(zhì)量(liàng)之间会产生对(duì)彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物(wù)理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说理论就此(cǐ)终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他(tā)的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论证据(jù)是蒙(méng)德(dé)理论(lùn)所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系(xì)团(tuán)所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温(wēn)度(dù)的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们(men)通(tōng)过什么来验证它(tā)的质量(liàng)区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显地看(kàn)到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其(qí)实(shí)这些星系本身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不(bù)是(shì)韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是(shì)超大(dà)质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发(fā)现(xiàn)它的大(dà)质(zhì)量区(qū)域并(bìng)不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团发(fā)生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了(le)这个区域，并在(zài)两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系(xì)团的引力(lì)透镜研究也(yě)被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的(de)光(guāng)。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多(duō)亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部(bù)分(fēn)表示温度(dù)较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较(jiào)冷的(de)区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分(fēn)离(lí)后的二值图像进行连通域提取和标(biāo)记之(zhī)后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看(kàn)起来不(bù)应(yīng)该(gāi)是这(zhè)样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才(cái)变得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多不(bù)同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在(zài)着某种类型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么(me)？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要(yào)的实验方(fāng)式也不(bù)相同。在过(guò)去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任何实(shí)质(zhì)性的发现，除了一(yī)个地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年(nián)的数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣的事(shì)情。探测率会(huì)在每年的6月份(fèn)达(dá)到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每(měi)年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物(wù)质会(huì)产生周期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意(yì)味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的(de)振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地(dì)球围绕太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)与(yǔ)太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银河(hé)系(xì)的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人员们所观测到的(de)周期(qī)性信号。当然也可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度(dù)、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们(men)又(yòu)在南半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和(hé)第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物(wù)质所存在的(de)非常(cháng)有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截至目前还(hái)无(wú)法提供相应(yīng)的数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但(dàn)它(tā)的宽视(shì)场仪器(qì)提(tí)供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的(de)科学家(jiā)丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进一(yī)步的(de)证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的(de)效(xiào)应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先(xiān)找到(dào)暗(àn)物(wù)质存(cún)在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存(cún)在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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