宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学(xué)家们(men)在过去的几十(shí)年(nián)当(dāng)中进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但(dàn)是(shì)却没有(yǒu)发(fā)现任(rèn)何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的(de)几百年来，当天(tiān)文学家们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行(xíng)轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会(huì)知(zhī)道，周围一定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的(de)异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发(fā远则怨近则不逊是什么意思解释，远则怨,近则不逊)现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定(dìng)律所取得(dé)重(zhòng)大天文成就的例(lì)子(zi)。但是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们(men)上(shàng)升(shēng)到星系或者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就(jiù)开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究(jiū)和(hé)测量后发星系(xì)团的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测(cè)量(liàng)各个星(xīng)系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的(de)计(jì)算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各个(gè)星系相对(duì)于星系(xì)团的运动速度(dù)。当测(cè)量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的(de)形(xíng)式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的引力(lì)是(shì)无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这(zhè)样部分不可见的暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人(rén)们对(duì)这样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他(tā)们观测的(de)结果却让人(rén)感到(dào)不可(kě)思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿(dùn)的(de)万有(yǒu)引力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗物(wù)质的(de)存在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距(jù)离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢(qīng)元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度远远大(dà)于理论(lùn)速度，那(nà)么(me)产生以(yǐ)上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力(lì)效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗(àn)物质的存(cún)在。科(kē)学家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算(suàn)在(zài)星系(xì)当中暗物质的质量占整(zhěng)个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一(yī)项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没(méi)有引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差(chà)异。另(lìng)外，天文学(xué)家(jiā)还发现了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是(shì)科学家们使用(yòng)最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量之后，发(fā)现星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动(dòng)是可(kě)以(yǐ)用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释(shì)的(de)。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另(lìng)一个大(dà)星系剥(bō)离(lí)了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的(de)除了暗物质(zhì)的假说之(zhī)外，另一种可能就(jiù)是(shì)人(rén)类对引力的理解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力很可(kě)能在不(bù)同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间(jiān)的相互作用则(zé)是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的(de)相(xiāng)互作用，科学(xué)家还引入了(le)外部场效应的(de)概念，指的是(shì)在数百万(wàn)光年的规模上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物(wù)理定律进(jìn)行修正，这(zhè)些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关(guān)于暗(àn)物质存在的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个(gè)碰(pèng)撞的(de)星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的(de)质量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于(yú)所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么(me)我们通(tōng)过什么来验证它的(de)质量(liàng)区(qū)域到底是不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第(dì)一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨大的形(xíng)变(biàn)。其实这些星(xīng)系本(běn)身(shēn)并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜(jìng)出了什(shén)么问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的(de)引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的(de)光都(dōu)发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体可能是(shì)超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域(yù)并不是在中间(jiān)，而(ér)是(shì)在两侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质量气(qì)体被(bèi)卡在了(le)中(z远则怨近则不逊是什么意思解释，远则怨,近则不逊hōng)间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)的(de)引力透镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止最好的(de)理论证据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学(xué)家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行(xíng)连通域(yù)提取(qǔ)和标(biāo)记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来(lái)不应该(gāi)是这样的(de)，而随着(zhe)暗物质的(de)增(zēng)加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字(zì)与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就(jiù)是(shì)宇宙(zhòu)当中(zhōng)存(cún)在(zài)着某种类型的(de)粒子，它(tā)们(men)不参与任何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相(xiāng)互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子(zi)所需要的实验方式也(yě)不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们(men)已经进(jìn)行了超(chāo)过50次的实验，却(què)没(méi)有任(rèn)何实质性的发(fā)现(xiàn)，除了(le)一(yī)个地(dì)方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地(dì)下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年(nián)当中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科学家认为这可能是人(rén)类发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速度围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现(xiàn)了(le)60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释(shì)，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到(dào)的周期性(xìng)信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年(nián)度(dù)周期信号的差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建立了一个几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的实验室(shì)正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的(de)运动特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相同的(de)信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常(cháng)有力的(de)证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还无法提供相应的数据(jù)支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜(jìng)其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得到进一步(bù)的(de)证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不会意味着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创造(zào)生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们(men)觉(jué)得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更(gèng)新的动力！

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