宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在过(guò)去的几(jǐ)十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是(shì)却没(méi)有(yǒu)发现任何的(de)有效证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学数学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文(wén)学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运(yùn)行轨道的(de)异常，推算并且发(fā)现了海王星的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都(dōu)是应(yīng)用(yòng)万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文(wén)成就的例(lì)子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们(men)上(shàng)升到星系或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量(liàng)后发星系团(tuán)的(de)质量。这(zhè)是(shì)一(yī)个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚在一(yī)起(qǐ)。测(cè)量星系团(tuán)的质量(liàng)一般会(huì)使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系(xì)的光度。

第二(èr)种是(shì)动力(lì)学质(zhì)量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各(gè)个星系(xì)相对于星(xīng)系团的运动速度(dù)。当测量(liàng)结(jié)果出来(lái)之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们(men)无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系的质(zhì)量所(suǒ)产生(shēng)的引力是无法将它们(men)束缚在星(xīng)系团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除(chú)非有一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量(liàng)来源(yuán)于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部分不可见的(de)暗质，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时的人们(men)对(duì)这样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们(men)观测的分分合合的爱情能长久吗，分分合合的爱情是真爱吗结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的(de)质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外(wài)围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标准的方法来(lái)解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星(xīng)系(xì)当中气体在(zài)X轴(zhóu)上(shàng)距离星系(xì)中心的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物(wù)质的(de)力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们(men)的(de)旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个实际(jì)速度远远大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力(lì)效应将星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越(yuè)来越多的研究人(rén)员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没有引力(lì)效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外(wài)，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河(hé)系(xì)的(de)千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星(xīng)系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的(de)详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正(zhèng)常的物(wù)质(zhì)和力学定律来解(jiě)释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的是，它的(de)附近没(méi)有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可(kě)能就是人(rén)类对引(yǐn)力的理解还(hái)不够全(quán)面，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿(yán)着它们的轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的(de)方式运(yùn)动。但是上升到(dào)星系(xì)和星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互作用(yòng)则是不(bù)同的方式。对于(yú)在星系团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外(wài)部(bù)场效应的概(gài)念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我们(men)需要(yào)对现在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让很多人(rén)认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在(zài)的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙(méng)德理论(lùn)所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它们大(dà)部分(fēn)的普(pǔ)通质(zhì)量都(dōu)在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的(de)时(shí)分分合合的爱情能长久吗，分分合合的爱情是真爱吗候，星(xīng)际气(qì)体的相互(hù)作用就会(huì)导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星(xīng)系团(tuán)大(dà)部分(fēn)的(de)质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩(cǎi)的(de)高清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可(kě)以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问题(tí)，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地(dì)球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西(xī)的引力，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系(xì)的光都(dōu)发(fā)生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力(lì)透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的质(zhì)量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个(gè)区域，并在(zài)两边形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也(yě)被认(rèn)为是暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好(hǎo)的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这(zhè)些(xiē)光(guāng)在宇宙空(kōng)间背(bèi)景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示相对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它们之(zhī)间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前(qián)景背景分离(lí)后的(de)二(èr)值图像(xiàng)进行连通(tōng)域提取和标记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗物质的(de)增加，一些峰值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物(wù)质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要(yào)的(de)暗(àn)物质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗(àn)物质(zhì)的(de)本质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任何(hé)其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相当(dāng)于找到(dào)了(le)暗物质存(cún)在(zài)的实(shí)际证据(jù)。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这(zhè)些不同的目(mù)标粒子所需要(yào)的实验(yàn)方式也不相同。在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十年当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任(rèn)何实质性的发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处(chù)的地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一(yī)直致力于(yú)寻(xún)找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到(dào)峰值，然(rán)后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生(shēng)周期(qī)性的(de)年(nián)度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们(men)也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过(guò)程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银(yín)河系的方(fāng)向是(shì)一致的(de)，而(ér)另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地(dì)球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达(dá)到完全一致，这(zhè)是(shì)理(lǐ)论上(shàng)地球穿(chuān)越(yuè)暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系(xì)相分分合合的爱情能长久吗，分分合合的爱情是真爱吗对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测(cè)到的(de)周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可(kě)能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异也可能(néng)是温度、湿(shī)度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里的(de)季节(jié)与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特征和第一个实验室(shì)是(shì)一样(yàng)的(de)。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可(kě)以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的证据了(le)。但是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以截至目前(qián)还无法提(tí)供相应的(de)数(shù)据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物(wù)理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这(zhè)样的效(xiào)应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些推论(lùn)的大前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗(àn)物(wù)质存在的实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到(dào)底(dǐ)存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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