宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无(wú)法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又(yòu)究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了(le)寻找暗物质存(cún)在的证据，科(kē)学(xué)家(jiā)们在过去(qù)的几十年(nián)当中进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是却没有发(fā)现任(rèn)何的(de)有效证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规(guī)律。往后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某些天体运(yùn)行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合(hé)万有引力(lì)定(dìng)律的(de)时候(hòu)，他(tā)们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在(zài)摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现(xiàn)都是(shì)应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星(xīng)系或(huò)者是(shì)星团的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究和测量后(hòu)发(fā)星系团的质(zhì)量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被(bèi)引力束缚(fù)在一(yī)起。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以确(què)定其(qí)质量的(de)范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的(de)质量"，需(xū)要(yào)的数(shù)据(jù)是测量各个星(xīng)系的(de)光度。

第二(èr)种是动力学质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星(xīng)系(xì)团(tuán)中的(de)各个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了(le)，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度(dù)的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中很多星系(xì)的速度比(bǐ)理论上要快得(dé)多(duō)，按(àn)照牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们束缚(fù)在星系(xì)团内的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除(chú)非有一(yī)种神秘的力量在(zài)起作用，这种力(lì)量来(lái)源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出(chū)了这样部分不可见的(de)暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是(shì)当时的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离(lí)中心(xīn)越远的(de)恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运行(xíng)速度就会越慢。但是(shì)他们观测(cè)的结果却让人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎(hū)保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足(zú)够大的(de)质量(liàng)来吸引它们，这些外围的(de)恒(héng)星早就被(bèi)甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种相对(duì)标(biāo)准的(de)方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量了距(jù)离星系中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并不(bù)符合牛(niú)顿的力学(xué)定律。我们(men)的(de)太(tài)阳(yáng)系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就是存(cún)在着一种我们看不(bù)到的(de)物(wù)质，是(shì)这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整个星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的(de)微小差异。另外，天文学(xué)家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系(xì)距(jù)离地球(qiú)大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的(de)恒星(xīng)数(shù)量却只(zhǐ)有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发现星系(xì)中的恒星(xīng)运(yùn)动是可以用正常的物(wù)质和力学定律来解释的(de)。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星系的暗物(wù)质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的(de)附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一种可能(néng)就是(shì)人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星系和(hé)星团的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需(xū)要(yào)对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现也(yě)让(ràng)很多人认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年(nián)的(de)子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大(dà)部分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的(de)质(zhì)量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的(de)质量区域到(dào)底是不是集(jí)中在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传回(huí)了宇宙当(dāng)中第(dì)一(yī)张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了(le)，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什(shén)么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上的(de)观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力(lì)透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是(shì)超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对(duì)子(zi)弹(dàn)星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它(tā)的(de)大质量区域并不是(shì)在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时(shí)，可(kě)被观测到的(de)质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并(bìng)在两(liǎng)边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗物质存(cún)在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了(le)各相同(tóng)性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷(lěng)的(de)区(qū)域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之(zhī)一(yī)。

科学家(jiā)们(men)通过(guò)对前景背景分(fēn)离后的二(èr)值(zhí)图像(xiàng)进行连(lián)通域(yù)提取和标(biāo)记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不(bù)应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们(men)不参与任(rèn)何(hé)其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来(lái)相互作用。所以如(rú)果能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么(me)？科学家们(men)已经提(tí)出了数十(shí)种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的实(shí)验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地(dì)方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测(cè)器，一(yī)直致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过(guò)了20多(duō)年的数据收集(jí)，人们发(fā)现了一个有趣(qù)的事情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低，而且在(zài)20年当中每(měi)年都是一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能是人(rén)类(lèi)发现暗(àn)物质的(de)第一个(gè)直接证据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移(yí)动，那(nà)么(me)如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生相应(yīng)的(de)振荡(dàng)，同时地(dì)球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一(yī)致(zhì)的，而(ér)另外半(bàn)年(nián)则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最(zuì)快的时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰好达到(dào)了(le)最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河(hé)系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的周期性信(xìn)号(hào)。当然(rán)也可(kě)能(néng)有其他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游(yóu)客的数(shù)量(liàng)也符合这个(gè)周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗(àn)物(wù)质(zhì)所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈(hā)勃(bó)红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的(de)结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的(de)诞(dàn)生，或(huò)者说是(shì)生命(mìng)进化的一个(gè)重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然(rán)，这(zhè)些推论的大前提(tí)是要先(xiān)找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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