宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行(xíng)了(le)超(chāo)过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然(rán)哲学数(shù)学原理一书(shū)中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的规(guī)律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来，当天文学(xué)家们(men)发(fā)现某(mǒu)些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出(chū)现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候，他们(men)就会(huì)知道(dào)，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成就的(de)例子(zi)。但是这些发现都(dōu)是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发(fā)星系团的(de)质量。这是一(yī)个由数千个(gè)星系所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在一(yī)起。测量星系团的(de)质量一般会(huì)使用到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可(kě)以确(què)定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量(liàng)各(gè)个(gè)星系的光度。

第二种是动(dòng)力(lì)学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的(de)各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产(chǎn)生(shēng)的引力是无(wú)法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之(zhī)外了(le)，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力(lì)量来(lái)源于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这(zhè)样部分不可见的(de)暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇(yǔ)宙(zhòu)中绝(jué)大部(bù)分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但(dàn)是他们(men)观测(cè)的结(jié)果却让(ràng)人(rén)感到(dào)不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒(héng)星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会(huì)使用一种相对标(biāo)准的方(fāng)法来(lái)解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物(wù)质的力量进入(rù)其(qí)中。

于(yú)是科(kē)学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的(de)第三(sān)悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计(jì)算，太阳系的(de)运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远大于理(lǐ)论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一(yī)种我们(men)看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在(zài)了一(yī)起。暧昧期一般多久，暧昧期一般多久可以在一起了p>

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开(kāi)始相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系(xì)外(wài)恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在(zài)一项新(xīn)的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之(zhī)间，也会(huì)出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河系不多(duō)，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用(yòng)最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进(jìn)暧昧期一般多久，暧昧期一般多久可以在一起了行(xíng)了40个小(xiǎo)时(shí)的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星运动是可(kě)以用正常(cháng)的物质(zhì)和力学定律来解释的(de)。那么又有人提出(chū)，也许该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个(gè)大星系剥(bō)离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另(lìng)一种可能就是人(rén)类对(duì)引力的(de)理解(jiě)还不(bù)够全面，引力很(hěn)可能(néng)在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方(fāng)式(shì)是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的(de)天(tiān)体(tǐ)会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按(àn)照我们所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方(fāng)式。对于在(zài)星系(xì)团之间(jiān)的相互作用，科学(xué)家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效应的(de)概念，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味(wèi)着我们需要对(duì)现在的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在(zài)的其他(tā)的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气体的相互作用(yòng)就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的(de)质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我(wǒ)们(men)通过什么(me)来验证它的质(zhì)量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看(kàn)到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身(shēn)并不(bù)是真的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地(dì)球上的观(guān)测者之(zhī)间。被(bèi)一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是(shì)超大(dà)质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观(guān)测的(de)时候(hòu)，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的(de)解(jiě)释方法就(jiù)是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直接通过(guò)了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边(biān)形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐射(shè)。其中红色的部分(fēn)表(biǎo)示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区(qū)域，但实际上它(tā)们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前(qián)景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取和(hé)标(biāo)记之后发(fā)现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的(de)暗物质大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它(tā)们(men)不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作(zuò)用。所以如果能(néng)够找到这种粒子(zi)的存在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目(mù)标，而(ér)要(yào)寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这(zhè)些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的(de)探测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人(rén)们(men)发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是(shì)一样。一些科(kē)学家认为这可能(néng)是人类发(fā)现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗(àn)物质会(huì)产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流(liú)，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时(shí)地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的(de)方向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是一(yī)致的，而另(lìng)外半(bàn)年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的(de)方向(xiàng)正好达到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系(xì)相对(duì)银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并不(bù)影响这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的数(shù)量也(yě)符(fú)合这个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在(zài)南半球建立了一个几乎相同的(de)实验(yàn)室，这里的(de)季节与(yǔ)之前的(de)实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于(yú)这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视(shì)场仪器(qì)提供的视野是(shì)哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的(de)用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果暗(àn)物质存(cún)在(zài)，它(tā)们极有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理论得到(dào)进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味(wèi)着(zhe)人(rén)类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的(de)大前提(tí)是要先找到暗物质存在(zài)的实际(jì)证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是我(wǒ)更(gèng)新的(de)动力！

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