宇宙是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存在科(kē)学(xué)无法(fǎ)解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们在(zài)过去(qù)的(de)几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现(xiàn)任何的(de)有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家们发(fā)现某些(xiē)天体运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他(tā)们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王(wáng)星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王(wáng)星的(de)存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都(dōu)是应(yīng)用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重(zhòng)大天(tiān)文(wén)成就(jiù)的例(lì)子。但(dàn)是(shì)这些发现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星系或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究(jiū)和(hé)测量后发(fā)星系团的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被引力束缚(fù)在一(yī)起。测量星(xīng)系团的质量一般会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的(de)数(shù)据是测(cè)量各个(gè)星系(xì)的光(guāng)度(dù)。

第二种(zhǒng)是(shì)动力(lì)学质量(liàng)的(de)计(jì)算(suàn)，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测(cè)量星(xīng)系团中的各(gè)个星系(xì)相对于星系团的运动速度(dù)。当测量结(jié)果(guǒ)出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度(dù)学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存(cún)在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基(jī)发(fā)现星系团(tuán)中很(hěn)多星系的(de)速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些(xiē)可(kě)见(jiàn)星(xīng)系的质(zhì)量(liàng)所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在(zài)星系团内(nèi)的(de)，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样部(bù)分不(bù)可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词(cí)才(cái)再一(yī)次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒(héng)星在其轨道(dào)上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不可(kě)思议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果没有足够(gòu)大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们(men)，这些(xiē)外(wài)围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基于(yú)这种现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质(zhì)的(de)存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出(chū)现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜(jìng)测量了距(jù)离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不(bù)例外，太阳系(xì)位(wèi)于(yú)银(yín)河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那(nà)么产生(shēng)以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度(dù)的原因很可能就(jiù)是(shì)存在(zài)着(zhe)一种我们看不(bù)到的(de)物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也是从这(zhè)时(shí)开(kāi)始，越来越(yuè)多(duō)的研究人员开(kāi)始相信暗物(wù)质的(de)存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在(zài)星(xīng)系当(dāng)中暗物质(zhì)的(de)质量占整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的(de)研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也(yě)会(huì)出(chū)现速度上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学(xué)家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却(què)只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析(xī)。但是(shì)科学家们使用最先进(jìn)的(de)望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的(de)物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系(xì)剥离了。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了(le)暗物质的假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不(bù)够全面，引力(lì)很可能在(zài)不同尺度空间中的(de)工(gōng)作(zuò)方式是不同(tóng)的，这(zhè)意(yì)味着在行星系(xì)尺度中的(de)天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星(xīng)系和星(xīng)团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在(zài)星系(xì)团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入(rù)了外(wài)部场效应的概(gài)念，指的是在(zài)数百万光(guāng)年的(de)规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的(de)物(wù)理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个(gè)碰撞的(de)星系团所组成，类似这样(yàng)的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气(qì)体当中。当(dāng)星(xīng)团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明显地(dì)看到很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这(融为一体到底有多舒服，两人融为一体的描写zhè)个(gè)超大质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)系(xì)的光都(dōu)发生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可(kě)能(néng)是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子(zi)弹星(xīng)系团观测的时候，发(fā)现它(tā)的(de)大质量区(qū)域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的(de)解释方法就是(shì)当星团发生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究(jiū)也(yě)被认为(wèi)是暗物质存在的(de)迄(qì)今(jīn)为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下(xià)了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色(sè)的部分(fēn)表示温度(dù)较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它融为一体到底有多舒服，两人融为一体的描写(tā)们之间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过(guò)对前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值(zhí)图像进行连(lián)通(tōng)域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图(tú)形看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一(yī)些峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测(cè)量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需(xū)要的暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同(tóng)的观(guān)测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存(cún)在(zài)着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它们不参(cān)与任何(hé)其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只(zhǐ)通过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么(me)？科学家们已经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的(de)目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们(men)已经进行了(le)超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现，除了(le)一个地(dì)方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实(shí)验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个(gè)有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都(dōu)是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移(yí)动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着(zhe)我们(men)也在以这样的速(sù)度(dù)在穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年(nián)则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况中，太(tài)阳(yáng)系相对(duì)银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为(wèi)这可以用来(lái)解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也可能有其他的(de)情况(kuàng)，造成这种年度周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的(de)季节与之前的实验(yàn)室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的(de)运动(dòng)特征和第(dì)一个实验室(shì)是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的(de)证据了。但是(shì)由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提(tí)供相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一(yī)个关(guān)键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家(jiā)丹(dān)琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是(shì)生命(mìng)进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一(yī)理论得(dé)到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个(gè)角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支(zhī)持是我(wǒ)更(gèng)新的动(dòng)力！

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