宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗(àn)物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们在过去的(de)几十(shí)年(nián)当中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期(qī)实验，但是却没(méi)有发现(xiàn)任何的有效证据。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)天(tiān)体运动的(de)规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符(fú)合万有引力(lì)定律(lǜ)的时(shí)候，他们(men)就会(huì)知道，周围(wéi)一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道(dào)的(de)异常，推(tuī)算并(bìng)且(qiě)发现(xiàn)了海(hǎi)王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王(wáng)星的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们上升到星系或(huò)者是星团(tuán)的(de)尺度(dù)，事(shì)情就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数(shù)千(qiān)个(gè)星系(xì)所组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这(zhè)些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质量一(yī)般会使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其(qí)质量的(de)范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测(cè)量星系(xì)团中(zhōng)的各个(gè)星系相(xiāng)对于星系(xì)团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量结(jié)果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在(zài)，我们(men)无(wú)法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在(zài)测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质(zhì)量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于(yú)某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出(chū)了这样部(bù)分不(bù)可见的暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的(de)人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文(wén)学家维拉频繁梦见一个人是缘尽吗，频繁梦见一个人是不是缘尽鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的(de)恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心(xīn)越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的(de)运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他(tā)们观测的结果(guǒ)却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加，恒(héng)星(xīng)的旋转速(sù)度(dù)几乎(hū)保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足够(gòu)大的质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出(chū)现异常的(de)结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们(men)通过射电望远镜测(cè)量了距离(lí)星系中心更(gèng)远距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银(yín)河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大(dà)于理论速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度的原因很可(kě)能(néng)就是存(cún)在着(zhe)一(yī)种(zhǒng)我们看(kàn)不(bù)到的物(wù)质，是这(zhè)些暗物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从这(zhè)时开始，越来越多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度(dù)，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可(kě)以(yǐ)解(jiě)释这(zhè)个(gè)现象的(de)原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应的(de)遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也(yě)会出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异(yì)。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却(què)只(zhǐ)有银河系的(de)千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近没(méi)有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一(yī)种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引力(lì)的(de)理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的(de)天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互作用则是不(bù)同的方式。对(duì)于在(zài)星系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部场(chǎng)效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些(xiē)发现(xiàn)也(yě)让很(hěn)多(duō)人认为暗物质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其他的(de)理论(lùn)证据，这些理论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它(tā)们大部分(fēn)的普通质量都在(zài)星(xīng)系(xì)的气(qì)体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用就会(huì)导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在的(de)中间区域(yù)。那么(me)我们通(tōng)过什么来(lái)验(yàn)证(zhèng)它(tā)的质量区(qū)域到底是不是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩的(de)高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的(de)引力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人(rén)们对子弹(dàn)星系(xì)团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的(de)大质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到(dào)的(de)质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在(zài)两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹星系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(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了各(gè)相同(tóng)性的微波辐射。其(qí)中红色(sè)的部分表示温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但实际(jì)上它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对(duì)前景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图像进行连(lián)通域提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物(wù)质，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而(ér)随(suí)着暗物(wù)质的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通(tōng)物(wù)质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒(héng)星运(yùn)动所需要的(de)暗物质比例是一(yī)致的。这(zhè)就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引力来相互(hù)作用(yòng)。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找(zhǎo)到(dào)这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家(jiā)们已经(jīng)提(tí)出了数十(shí)种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常(cháng)规物质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大(dà)的地学(xué)实验室，这(zhè)个实验(yàn)室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了(le)某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是(shì)一(yī)样。一些科学家(jiā)认为这可能是人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围绕(rào)着银(yín)河系(xì)进行移动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河(hé)系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地(dì)球与太(tài)阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实(shí)际的(de)情况中，太阳系相对(duì)银河系的平(píng)面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响这个理论的(de)有效性。

因此科学(xué)家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到(dào)的周期性(xìng)信号。当然也可(kě)能(néng)有(yǒu)其他(tā)的(de)情况，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游(yóu)客的数(shù)量也符(fú)合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前(qián)的实验(yàn)室(shì)正好相反，而(ér)在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗(àn)物质所(suǒ)存(cún)在的非(fēi)常有力的证据(jù)了(le)。但是(shì)由于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以截(jié)至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈(hā)勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的(de)效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会(huì)意(yì)味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先(xiān)找到暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动力(lì)！

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