宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据，科学家们(men)在过去(qù)的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是(shì)却(què)没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除(chú)了一个(gè)地(dì)方，在(zài)1687年出(chū)版的(de)自(zì)然哲学数学(xué)原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们(men)发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道(dào)出(chū)现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天(tiān)体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现了(le)海王星的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用万有引(yǐn)力定律所取得(dé)重大(dà)天文成就的例(lì)子(zi)。但(dàn)是(shì)这些(xiē)发现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我们上升(shēng)到(dào)星系或者(zhě)是星团的(de)尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正(zhèng)在(zài)研究和测量(liàng)后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一(yī)般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的(de)数(shù)据是测量各(gè)个星系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运动速(sù)度(dù)。当测量结(jié)果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失了(le)，或(huò)池鱼思故渊的上一句是什么，羁鸟恋旧林池鱼思故渊者说这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见(jiàn)光的形式所存在，我(wǒ)们(men)无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多(duō)星系的(de)速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的(de)质量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该(gāi)被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神(shén)秘的(de)力量在起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源(yuán)于(yú)某种隐(yǐn)形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹(zī)维(wéi)基(jī)提(tí)出了这样部(bù)分不可(kě)见的暗质，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人(rén)们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个词才再一(yī)次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观(guān)测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上(shàng)的(de)运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的(de)结果却让人(rén)感到(dào)不可思(sī)议(yì)。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在(zài)星系当(dāng)中如(rú)果没(méi)有足够大(dà)的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转速度(dù)。如果出(chū)现异(yì)常的(de)结(jié)果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距(jù)离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离(lí)的(de)氢元素(sù)，发现它们的(de)旋转速度并不符合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度的原因很可(kě)能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的(de)引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)将星系聚集(jí)在了(le)一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多的研究(jiū)人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗物质的质量(liàng)占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯(wéi)一可(kě)以解(jiě)释这(zhè)个(gè)现象的(de)原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们(men)发现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但(dàn)是(shì)星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系(xì)必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使用最(zuì)先进(jìn)的(de)望远镜(jìng)对(duì)其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的(de)物(wù)质和力学定律(lǜ)来(lái)解释的。那么又有人(rén)提出，也(yě)许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另(lìng)一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假说之外(wài)，另一种可能(néng)就是(shì)人类对引力(lì)的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不(bù)同(tóng)尺度空(kōng)间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中(zhōng)的(de)天体会沿着它(tā)们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的(de)规(guī)模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有关于暗物(wù)质存在的(de)其他的(de)理论(lùn)证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星(xīng)系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的(de)普通(tōng)质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位(wèi)于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生(shēng)了巨(jù)大的形(xíng)变。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和(hé)我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力(lì)，会(huì)使身后更遥远星系的光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观测的时(shí)候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力(lì)透镜研究也被(bèi)认为是暗物(wù)质存(cún)在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背景上留(liú)下了各相同性(xìng)的微波辐(fú)射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温度(dù)较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差(chà)只有万分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过对(duì)前(qián)景背(bèi)景分离(lí)后的(de)二(èr)值图像进(jìn)行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的(de)幅(fú)度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测(cè)量(liàng)值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的(de)暗物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很(hěn)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)当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们(men)不(bù)参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了(le)暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)提出了数十(shí)种的(de)假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目(mù)标粒子所需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过(guò)50次的(de)实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大(dà)利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山(shān)下(xià)1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这(zhè)个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有(yǒu)一个三层(céng)楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的(de)周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测(cè)到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多年(nián)的数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而(ér)且(qiě)在(zài)20年(nián)当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些科(kē)学家认为这可(kě)能是人(rén)类(lèi)发现暗物质的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性的年(nián)度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕(rào)着银河系(xì)进行移动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速度(dù)在(zài)穿(chuān)越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系(xì)的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到(dào)完全一致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿越暗物(wù)质流最快的(de)时段(duàn)。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用(yòng)来解释(shì)，研究(jiū)人员们(men)所观测到的周(zhōu)期(qī)性信号。当(dāng)然也可(kě)能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期(qī)信(xìn)号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数量(liàng)也(yě)符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在(zài)南半球(qiú)建立(lì)了一(yī)个几(jǐ)乎(hū)相同的(de)实(shí)验(yàn)室，这(zhè)里的季节(jié)与(yǔ)之前的实验(yàn)室(shì)正好(hǎo)相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一个实验(yàn)室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相同的(de)信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的(de)非常有力的证池鱼思故渊的上一句是什么，羁鸟恋旧林池鱼思故渊据了。但(dàn)是由(yóu)于这(zhè)个实(shí)验室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法提(tí)供相应的数(shù)据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物(wù)质会(huì)不会意味着(zhe)人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支(zhī)持(chí)是(shì)我更新(xīn)的动力(lì)！

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