宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学家们在过去的(de)几十年当中进(jìn)行了超过50次的(de)长期实验，但是却没(méi)有发现任(rèn)何的有效证据。除了(le)一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学(xué)原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了(le)宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的(de)规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某(mǒu)些天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的天(tiān)体通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的(de)发(fā)现都是应用(yòng)万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升(shēng)到(dào)星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事(shì)情就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一(yī)个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一(yī)起。测(cè)量星系团(tuán)的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可(kě)以确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测(cè)量各(gè)个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红(hóng)移测量(liàng)星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)的(de)各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出(chū)来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是(shì)“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失(shī)了(le)，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过(guò)程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的(de)速度比理论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质(zhì)量所产生的引力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系(xì)团内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛(pāo)出(chū)星(xīng)系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量(liàng)来源于(yú)某种隐形(xíng)的(de)物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部分不(bù)可(kě)见的暗(àn)质，它不发散光(guāng)、吸(xī)光(guāng)、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但是(shì)它(tā)们却(què)占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时(shí)的人(rén)们(men)对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现。天文(wén)学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特(tè)在(zài)观测(cè)仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上的运行(xíng)速(sù)度就会(huì)越慢。但是他们(men)观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们(men)，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距(jù)离(lí)星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)更远(yuǎn)距离(lí)的(de)氢元素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不(bù)符(fú)合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的(de)运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种(zhǒng)向(xiàng)心(xīn)加速(sù)度的原因很可能(néng)就是(shì)存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系聚集在了(le)一起。

也(yě)是从这(zhè)时(shí)开(kāi)始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在(zài)一项新(xīn)的(de)研(yán)究当中，科学家(jiā)们(men)发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现了(le)一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的(de)恒星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的(de)详(xiáng)细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何星系存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除(chú)了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是(shì)人类对引力(lì)的(de)理解还不(bù)够(gòu)全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在(zài)行星系(xì)尺度(dù)中的(de)天体会(huì)沿着它们(men)的(de)轨道，按照我们所理解(jiě)的方(fāng)式(shì)运动。但是(shì)上升到星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则是(shì)不同的方式。对于在(zài)星(xīng)系团之间的相互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光(guāng)年(nián)的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需要对现在(zài)的(de)物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此(cǐ)终结(jié)。但是(shì)在(zài)宇宙当中还有关(guān)于暗(àn)物质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的(de)星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这(zhè)样的(de)星团(tuán)，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星(xīng)际气(qì)体的相互作用就会导致(zhì)温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的(de)质量将位(wèi)于(yú)所有这些气体所在的(de)中间区域。那么(me)我们通过什么来(lái)验证它的质(zhì)量区域到底是不是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的(de)高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是这样极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和(hé)我们(men)地球上(shàng)的观(guān)测者之(zhī)间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是(shì)超大(dà)质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区域并不是(shì)在(zài)中间(jiān)，而(ér)是(shì)在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解(jiě)释方法就(jiù)是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区(qū)域(yù)，并在(zài)两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的引力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为是(shì)暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在的迄今(jīn)为止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上它们(men)之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科(kē)学家们通(tōng)过(guò)对前(qián)景背景(jǐng)分离后的二(èr)值图(tú)像进行连通(tōng)域提取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该(gāi)是(shì)这样的，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一(yī)些峰值的幅(fú)度会(huì)减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动所需(xū)要的暗物(wù)质比例是一(yī)致(zhì)的。这就(jiù)意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的(de)观测结(jié)果。而暗物(wù)质的(de)本(běn)质就是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某(mǒu)种类型的(de)粒子，它(tā)们(men)不参(cān)与任何(hé)其他(tā)的电(diàn)磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以(yǐ)如(rú)果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存(cún)在的实际证据(jù)。这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子(zi)到底是什(shén)么(me)？科学家们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子所需(xū)要的(de)实(shí)验方(fāng)式(shì安定区属于哪个省哪个市的，安定区属于哪里)也不相同(tóng)。在过去(qù)的几十(shí)年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三(sān)层楼高的(de)探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声称观测到了(le)某种信号(hào)。经过了20多年(nián)的数据收(shōu)集，人们发现了一个(gè)有趣的(de)事情。探(tàn)测率(lǜ)会(huì)在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到(dào)最低(dī)，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物(wù)质的(de)第一个(gè)直接(jiē)证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着(zhe)我们也在(zài)以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年(nián)则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全(quán)一致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了(le)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(dàn)是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员们(men)所观测到的(de)周期性信号(hào)。当然也(yě)可(kě)能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号(hào)的(de)差(chà)异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪(xuě)，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(xué)家们(men)又在(zài)南半球建立了(le)一个几(jǐ)乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在(zài)这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗(àn)物(wù)质(zhì)所存在(zài)的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目(mù)前还无(wú)法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新的(de)望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提(tí)供的视野是(shì)哈(hā)勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心(xīn)的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可(kě)能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的(de)效应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到(dào)进(jìn)一步的证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会(huì)意味(wèi)着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，安定区属于哪个省哪个市的，安定区属于哪里暗物质正(zhèng)在通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推论的(de)大(dà)前(qián)提(tí)是要先(xiān)找到(dào)暗物(wù)质存在的实(shí)际证据(jù)。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到(dào)底(dǐ)存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是我更新(xīn)的动力！

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