宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会(huì)存(cún)在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟(jìng)是什么(me)？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证据，科学家(jiā)们在(zài)过去的(de)几十(shí)年(nián)当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的(de)长期(qī)实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的(de)规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就会(huì)知道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天(tiān)体通(tōng)过引力在(zài)摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存(cún)在(zài)。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现都是(shì)应(yīng)用万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的例子。但是(shì)这些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或(huò)者是星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正在研(yán)究(j结婚以后他那个越来越大了iū)和测量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成(chéng)的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星系被引力(lì)束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其(qí)质量的(de)范围。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的(de)质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第(dì)二种是(shì)动力学(xué)质量的计算，是(shì)利用光谱红移测(cè)量星(xīng)系(xì)团(tuán)中(zhōng)的各(gè)个星(xīng)系相(xiāng)对(duì)于星系团(tuán)的(de)运动速度。当测量(liàng)结果出(chū)来(lái)之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存(cún)在(zài)，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测(cè)量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系(xì)的(de)速(sù)度比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星(xīng)系的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它(tā)们早就(jiù)应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神(shén)秘的力(lì)量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它们(men)却(què)占据着宇宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是当(dāng)时(shí)的人(rén)们对这样的一种说(shuō)法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的(de)运行速度就会越慢(màn)。但是(shì)他们观(guān)测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系(xì)当中如果(guǒ)没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家们(men)会(huì)使用一种相对(duì)标准的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系(xì)中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结(jié)果，就认为是由暗(àn)物(wù)质的力(lì)量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电(diàn)望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕银(yín)河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于(yú)理论速(sù)度，那么产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的(de)原因(yīn)很(hěn)可能(néng)就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗(àn)物质(zhì)的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量占整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是(shì)唯(wéi)一可(kě)以解释(shì)这个现象(xiàng)的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效应(yīng)的(de)遥远恒(héng)星之间，也会出现速(sù)度上(shàng)的(de)微(wēi)小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球(qiú)大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的(de)千分之一。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科(kē)学家们使用最(zuì)先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小时(shí)的详细测量(liàng)之后，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质(zhì)和力(lì)学定(dìng)律来(lái)解释的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之(zhī)外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们(men)所理解的(de)方(fāng)式运动。但是(shì)上(shàng)升(shēng)到星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引力(lì)之间的相互(hù)作用则是不同的方(fāng)式。对于在(zài)星系团之间的相互(hù)作用，科学家还(hái)引入了外部(bù)场效应的概念，指的是(shì)在数(shù)百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果，这个(gè)理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们(men)需要对现在(zài)的物理定律进(jìn)行修正，这(zhè)些发现也(yě)让很多人(rén)认为暗(àn)物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离(lí)为37亿光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们(men)大(dà)部(bù)分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大(dà)部分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们(men)可以明(míng)显(xiǎn)地(dì)看(kàn)结婚以后他那个越来越大了到很多星系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的(de)形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也(yě)不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题(tí)，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会(huì)使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大(dà)质量区(qū)域并(bìng)不是在(zài)中间，而(ér)是在(zài)两(liǎng)侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法就是当(dāng)星团发(fā)生全部的(de)碰撞时，可(kě)被(bèi)观测(cè)到(dào)的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域(yù)，并在两边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的(de)部分表示温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区(qū)域(yù)，但实际上它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对前(qián)景背景分离(lí)后的二值(zhí)图像进行(xíng)连通域提取和(hé)标记之(zhī)后(hòu)发现，如(rú)果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图形看起来不(bù)应(yīng)该是(shì)这(zhè)样的(de)，而随(suí)着暗(àn)物(wù)质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数(shù)字(zì)与解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动所需(xū)要的(de)暗(àn)物质(zhì)比(bǐ)例是(shì)一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释了(le)很多不同的(de)观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来(lái)相互(hù)作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的实际(jì)证据。这种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家们(men)已经提(tí)出了数十种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的(de)目标(biāo)粒子(zi)所需要(yào)的实(shí)验方(fāng)式也(yě)不(bù)相同。在过去(qù)的几十(shí)年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次的(de)实验，却(què)没有任何(hé)实质性的发(fā)现，除了一个地方，意(yì)大(dà)利的格兰萨(sà)索(suǒ)山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致力于(yú)寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学家声称观测到(dào)了(le)某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣(qù)的事(shì)情。探测率会(huì)在(zài)每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样。一些科(kē)学(xué)家认(rèn)为这可能是(shì)人类发(fā)现暗物质的(de)第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了(le)太(tài)阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这(zhè)样的速(sù)度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋(xuán)转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环(huán)绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完(wán)全(quán)一致(zhì)，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的(de)平面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可(kě)以用(yòng)来解(jiě)释，研(yán)究人员们所观测到的周(zhōu)期(qī)性信(xìn)号。当然也(yě)可能(néng)有其(qí)他(tā)的情况，造成这(zhè)种年度(dù)周(zhōu)期信号(hào)的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的数量(liàng)也符合这(zhè)个周期的规(guī)律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前(qián)的实验室(shì)正好相反，而(ér)在这(zhè)里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的(de)运动(dòng)特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信(xìn)号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物(wù)质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于(yú)这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目(mù)前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗(àn)物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对(duì)于(yú)探测(cè)的结(jié)果，我们(men)只能拭目(mù)以待了(le)。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在，它(tā)们极(jí)有可(kě)能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说(shuō)是生(shēng)命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然(rán)，这些推论的大(dà)前(qián)提是要先找到暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动(dòng)力(lì)！

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