宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的(de)？为何(hé)会存在(zài)科学无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什(shén)么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存(cún)在的证(zhèng)据，科学家们(men)在(zài)过去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次(cì)的长期(qī)实验(yàn)，但是却(què)没有发现任何的(de)有效证(zhèng)据。除了一(yī)个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的(de)自然哲学数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体运动的(de)规律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力(lì)定律的时候，他(tā)们就会知道(dào)，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有(yǒu)引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天文成就(jiù)的例(lì)子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星(xīng)系(xì)或者是(shì)星团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变(biàn)得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的(de)巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测量星系(xì)团的质量一般(bān)会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的(de)范围。

第一种是获(huò)得(dé)其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星(xīng)系(xì)团中(zhōng)的各个(gè)星系(xì)相对于(yú)星系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的(de)质量消失了(le)，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见(jiàn)光的(de)形式所存在(zài)，我(wǒ)们(men)无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中很多(duō)星系的速(sù)度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无(wú)法将(jiāng)它(tā)们(men)束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出(chū)了这样(yàng)部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大(dà)部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这样(yàng)的(de)一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在(zài)观测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运(yùn)行(xíng)速度(dù)就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却(què)让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种现象，科(kē)学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是(shì)测量星系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出(chū)现异常(cháng)的结果，就(jiù)认(rèn)为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们(men)通(tōng)过射电望远镜测量(liàng)了(le)距离(lí)星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转速(sù)度并不(bù)符合(hé)牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们(men)的太阳系也(yě)不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行速度应(yīng)该是160千米/秒，圣诞节可以同房吗，元旦节可以同房吗但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际(jì)速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可(kě)能就是(shì)存(cún)在(zài)着一种(zhǒng)我们看不到(dào)的(de)物质，是(shì)这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一(yī)起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质(zhì)的质量(liàng)占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不(bù)是(shì)唯一可(kě)以解释(shì)这个(gè)现(xiàn)象的(de)原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒(héng)星圣诞节可以同房吗，元旦节可以同房吗之间，也会(huì)出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是(shì)星系(xì)当中(zhōng)存在的(de)恒(héng)星数量却只有银河系(xì)的(de)千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们(men)使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系(xì)中的恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常的物(wù)质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外(wài)，另一种可(kě)能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的(de)工(gōng)作方式是(shì)不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是(shì)上升(shēng)到星系和星团的尺度(dù)，引力(lì)之间(jiān)的相互作用则是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊(shū)的(de)效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对现在的物(wù)理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些(xiē)发现(xiàn)也让(ràng)很多(duō)人认为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存(cún)在的(de)其他(tā)的理论证据(jù)，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的(de)星团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质(zhì)量(liàng)都在星(xīng)系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会(huì)导致温度(dù)的(de)急(jí)剧升高，速度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在(zài)的中间区域。那么(me)我们(men)通过什么(me)来验证它的质(zhì)量区(qū)域到(dào)底是不(bù)是集中在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙当中第(dì)一张全彩(cǎi)的(de)高清(qīng)照片，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的(de)被(bèi)扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量(liàng)的(de)东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可(kě)能是超大(dà)质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团发(fā)生全部(bù)的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质(zhì)量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在(zài)两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团的(de)引力(lì)透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们(men)之间的温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后(hòu)的(de)二值图像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图(tú)形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们(men)需要的(de)暗物质大(dà)约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的(de)暗物质比例是(shì)一致的。这就意(yì)味着。

用了一(yī)个(gè)简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了(le)很多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类型的粒(lì)子，它们不(bù)参与任(rèn)何其他(tā)的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的(de)实(shí)际证据(jù)。这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子到底(dǐ)是(shì)什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出(chū)了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实验方式也不相同。在(zài)过去(qù)的(de)几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常规物(wù)质相互作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着(zhe)地球(qiú)上最(zuì)大(dà)的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称(chēng)观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣(qù)的事情(qíng)。探测(cè)率会(huì)在每(měi)年(nián)的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这(zhè)可能是人(rén)类发(fā)现暗物质的第(dì)一(yī)个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会产生周期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如(rú)果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的(de)速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以有半年(nián)的(de)时间，地球围绕太阳的(de)方(fāng)向与太阳环绕(rào)银(yín)河(hé)系(xì)的方(fāng)向是(shì)一致的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地(dì)球(qiú)穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的(de)平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信号的(de)差(chà)异(yì)也可能(néng)是温度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意(yì)大利(lì)游客的数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室(shì)，这里的季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是(shì)由(yóu)于这个实验室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以截至目前还无法提(tí)供(gōng)相应的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以(yǐ)待了(le)。费米实(shí)验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特(tè)芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的一(yī)个(gè)重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那(nà)么遍(biàn)布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物(wù)质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样(yàng)的(de)效(xiào)应创造生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要(yào)先(xiān)找到(dào)暗物质(zhì)存在(zài)的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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