宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在(zài)科(kē)学无(wú)法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的(de)证据(jù)，科学家们在过去(qù)的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据。除了(le)一个地(dì)方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了(le)宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的(de)几百(bǎi)年(nián)来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的(de)天体通过引力在摄(shè)动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的(de)异常，推算并(bìng)且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万(wàn)有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重(zhòng)大(dà)天(tiān)文成就(jiù)的(de)例子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在(zài)恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发(fā)星系团的质(zhì)量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系所组成(chéng)的巨大(dà)星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力束缚(fù)在一起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的(de)范围。

第一种是获得其(qí)"光(guāng)度学的(de)质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系(xì)团的运(yùn)动速度。当测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中很多星(xī新郎自己睡过的床能当婚床吗，结婚前老公自己睡的床要换吗ng)系的速度比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的(de)引力是无法将它们束(shù)缚在星系(xì)团内的，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星(xīng)系(xì)团之外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是当(dāng)时(shí)的人(rén)们对这样的(de)一种说(shuō)法(fǎ)不(bù)屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们(men)观(guān)测(cè)的结(jié)果却让人(rén)感到不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距(jù)离的增加，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中如(rú)果没(méi)有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就(jiù)被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家(jiā)们会(huì)使用(yòng)一(yī)种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当(dāng)中气体在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异(yì)常的(de)结果，就(jiù)认为是由暗(àn)物质的(de)力量(liàng)进入(rù)其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了(le)距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系(xì)的第三(sān)悬(xuán)臂(bì)之上(shàng)，距(jù)离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上(shàng)这种向(xiàng)心加(jiā)速度的(de)原(yuán)因很(hěn)可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质，是这(zhè)些暗(àn)物(wù)质的(de)引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研(yán)究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物(wù)质(zhì)的存(cún)在。科(kē)学家根据星系外恒星轨(guǐ)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，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新(xīn)的研(yán)究当(dāng)中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出(chū)现速度上的微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却只有(yǒu)银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的(de)恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和(hé)力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该星(xīng)系的(de)暗(àn)物质，已经(jīng)被附(fù)近的(de)另一(yī)个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这(zhè)些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是(shì)人(rén)类对引力的(de)理(lǐ)解还不(bù)够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的(de)工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的(de)天体会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的(de)方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星(xīng)系(xì)和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入(rù)了外部(bù)场效应的(de)概念，指的是(shì)在(zài)数(shù)百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们(men)需要(yào)对现在的(de)物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这些发(fā)现也让很(hěn)多人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物(wù)质存(cún)在的其(qí)他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质(zhì)量(liàng)都在(zài)星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时(shí)候，星(xīng)际(jì)气体的相互作用(yòng)就会导致(zhì)温度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大部分的质量(liàng)将位于(yú)所(suǒ)有这些气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域(yù)。那(nà)么我们通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到(dào)底是不(bù)是(shì)集中(zhōng)在中(zhōng)间(jiān)呢(ne)？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些(xiē)星(xīng)系本(běn)身并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)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(zhì)量(liàng)超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个(gè)超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的(de)天体可能是(shì)超大质量的(de)黑(hēi)洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对(duì)子弹星系团观测(cè)的时候，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时(shí)，可(kě)被观测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引力透(tòu)镜研究也(yě)被认(rèn)为是暗物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留(liú)下(xià)了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示温度较高的(de)区(qū)域(yù)，蓝色(sè)则(zé)表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上(shàng)它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的(de)二(èr)值图(tú)像进行(xíng)连(lián)通域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是(shì)这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字(zì)与(yǔ)解释星(xīng)系(xì)当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了(le)很多不同的观测(cè)结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果能够找到(dào)这(zhè)种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家(jiā)们(men)已经提出了数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验方式(shì)也不(bù)相(xiāng)同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会(huì)与(yǔ)常规物(wù)质相互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最大的(de)地学实验室(shì)，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家(jiā)声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过了20多年(nián)的数(shù)据(jù)收集，人们(men)发(fā)现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科(kē)学家认为(wèi)这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物(wù)质会(huì)产生周期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系(xì)进行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太(tài)阳的(de)方向与(yǔ)太(tài)阳(yáng)环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号(hào)的差异也(yě)可能(néng)是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的(de)数量也符合(hé)这(zhè)个(gè)周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的(de)实(shí)验室，这里的季节(jié)与之(zhī)前(qián)的实验室(shì)正好相反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质(zhì)所存在的非常有(yǒu)力的(de)证(zhèng)据了。但是由(yóu)于(yú)这个实(shí)验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜(jìng)叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大(dà)小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的(de)一(yī)个(gè)重(zhòng)要(yào)因素。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一(yī)步的(de)证实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某(mǒu)个(gè)角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在(zài)通过(guò)这(zhè)样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存(cún)在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的(de)动力！

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