宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过去的几十年(nián)当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲(zhé)学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了(le)宇宙中天体运动的(de)规律(lǜ)。往后(hòu)的几百(bǎi)年(nián)来，当天文学家(jiā)们发现某些天(tiān)体运行轨道(dào)出(chū)现异常，不符(fú)合(hé)万有引力定律的时(shí)候，他们(men)就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天体(tǐ)通过(guò)引力在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文(wén)成(chéng)就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都(dōu)是(shì)在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是(shì)星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和(hé)测(cè)量(liàng)后(hòu)发星系团(tuán)的(de)质量。这是一个(gè)由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果(guǒ)一(yī)致(zhì)，就(jiù)可以确定其(qí)质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度学的(de)质量"，需要的(de)数据是测量各(gè)个星系的光度(dù)。

第二种是动力(lì)学(xué)质量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测量(liàng)星系(xì)团中(zhōng)的各个(gè)星系相对于星(xīng)系团的(de)运(yùn)动速度。燃气热水器是一直开着还是用时开省电，燃气热水器每天晚上需要关吗当测(cè)量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的(de)质(zhì)量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星系(xì)的(de)速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些(xiē)可(kě)见星系的质量所产生的(de)引力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力量在起作(zuò)用，这(zhè)种力(lì)量来源(yuán)于(yú)某(mǒu)种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部(bù)分不可见的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但(dàn)是它们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的质(zhì)量。只是当时的人(rén)们对这样的(de)一种说法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福(fú)特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变(biàn)。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够(gòu)大的质(zhì)量(liàng)来吸(xī)引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测(cè)量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中心的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗(àn)物质的(de)力量进入(rù)其中。

于是科学(xué)家们通过射(shè)电望远镜测量了距(jù)离星(xīng)系中心更(gèng)远距(jù)离的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我们(men)的太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是(shì)从这时燃气热水器是一直开着还是用时开省电，燃气热水器每天晚上需要关吗(shí)开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的(de)存在(zài)。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量(liàng)占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但(dàn)是星系(xì)当中存在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的(de)望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力学定律来(lái)解(jiě)释的。那么(me)又有人提出(chū)，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附(fù)近的另一个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没有任何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可(kě)能就是人类对引力(lì)的理解(jiě)还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间(jiān)中的工作(zuò)方式(shì)是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们(men)所理解的方(fāng)式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)则是不同的(de)方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学(xué)家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的燃气热水器是一直开着还是用时开省电，燃气热水器每天晚上需要关吗(de)质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多(duō)人(rén)认为(wèi)暗物(wù)质假说理(lǐ)论(lùn)就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当(dāng)中还(hái)有关(guān)于(yú)暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组(zǔ)成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的(de)普通质(zhì)量都在星系(xì)的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用(yòng)就(jiù)会导致温度(dù)的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团大部分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的(de)中间区域。那么(me)我们通过什么来验证它(tā)的(de)质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在(zài)照(zhào)片中(zhōng)我们可(kě)以明显地(dì)看到很多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测(cè)者(zhě)之(zhī)间。被(bèi)一个质量(liàng)超级(jí)巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观(guān)测的(de)时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域(yù)并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发生全(quán)部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星系(xì)团的(de)引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多(duō)亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下(xià)了(le)各(gè)相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色(sè)的(de)部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们(men)通(tōng)过对前景背景分离后的二(èr)值图像进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是(shì)这(zhè)样(yàng)的(de)，而随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们(men)需要的(de)暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系当中恒(héng)星运(yùn)动(dòng)所需要(yào)的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗(àn)物质(zhì)的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以(yǐ)如(rú)果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的(de)假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子(zi)所(suǒ)需要(yào)的实验方式也不相同。在(zài)过去的(de)几(jǐ)十年当中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进(jìn)行了超过50次的实验，却(què)没有任何(hé)实质性的发(fā)现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏(cáng)着地(dì)球(qiú)上最(zuì)大(dà)的(de)地学实验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的(de)科学家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一(yī)个有(yǒu)趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每年(nián)的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在20年(nián)当(dāng)中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一些科学家(jiā)认为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物质(zhì)会(huì)产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会(huì)产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)太(tài)阳进(jìn)行(xíng)旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半(bàn)年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕(rào)太阳的(de)方向与太阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外(wài)半年则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物(wù)质流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人(rén)员们(men)所观测到的(de)周期性信号(hào)。当然(rán)也可能有其他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数(shù)量也(yě)符合这个(gè)周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与之前的(de)实验室(shì)正好相反，而(ér)在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的运动(dòng)特征和(hé)第一个实(shí)验室(shì)是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存(cún)在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还(hái)无法(fǎ)提供相应的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的(de)视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一(yī)理论得(dé)到进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质(zhì)会不会意味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物质正在(zài)通过这样的效(xiào)应创造(zào)生(shēng)命(mìng)。当然，这些推论的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存(cún)在(zài)的(de)实际(jì)证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们(men)，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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