宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们(men)在过去的几十年当中进行(xíng)了(le)超(chāo)过50次(cì)的长期实(shí)验，但是却没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学(xué)数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天(tiān)文学(xué)家们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他(tā)们就(jiù)会知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过(guò)天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王(wáng)星的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是应(yīng)用万有引力定律所取得(dé)重大天文成就(jiù)的例子(zi)。但是(shì)这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上(shàng)升到(dào)星(xīng)系(xì)或(huò)者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基(jī)正在研究(jiū)和测量后发星系团的(de)质量。这是(shì)一个由数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一(yī)起。测(cè)量星(xīng)系团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其(qí)质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量(liàng)各个星(xīng)系(xì)的光度(dù)。

第(dì)二种是动力(lì)学质量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱红移测(cè)量(liàng)星系(xì)团(tuán)中的各个星(xīng)系相对于星(xīng)系团的运动速度(dù)。当测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座星系(xì)团(tuán)有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形式所存在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多(duō)星系的速(sù)度比理论上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的(de)运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系(xì)的质量所产(chǎn)生的(de)引力是无法将它们束缚(fù)在(zài)星系团内的(de)，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部(bù)分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人们对这样(yàng)的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中(zhōng)心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨道上的(de)运(yùn)行(xíng)速度就(jiù)会越慢。但是他们观测(cè)的(de)结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有(yǒu)足(zú)够大的(de)质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用(yòng)一种相(xiāng)对(duì)标准的方法来解释暗(àn)物质的存在(zài)，这种方法就是(shì)测量(liàng)星(xīng)系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离(lí)星(xīng)系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过(guò)射(shè)电望远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们(men)的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度并不(bù)符合牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那(nà)么(me)产生(shēng)以(yǐ)上这(zhè)种向心加(jiā)速度的原因(yīn)很可能就(jiù)是存(cún)在着一种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质(zhì)的存在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星(xīng)系(xì)当中暗(àn)物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释(shì)这个(gè)现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差(chà)异(yì)。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数(shù)量(liàng)却只有银河系(xì)的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，该星系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会(huì)分崩(bēng)离析。但(dàn)是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量(liàng)之后，发(fā)现星系中(zhōng)的(de)恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和力学(xué)定律来解释的。那么(me)又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种(zhǒng)可(kě)能就(jiù)是人类对(duì)引(yǐn)力的(de)理解还不够全(quán)面，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空间中的工(gōng)作方式(shì)是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作用，科学(xué)家还引入(rù)了外部场效应(yīng)的概念，指的(de)是在(zài)数百万光年的规模(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(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量(liàng)都(dōu)在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星(xīng)际气(qì)体的相互(hù)作用就会(huì)导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大(dà)部分(fēn)的质量将位于(yú)所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质(zhì)量(liàng)区(qū)域(yù)到底是不是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片中我们可(kě)以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些星系本身(shēn)并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大(叮铃铃和叮呤呤，《叮铃铃》dà)质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的(de)光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人(rén)们对(duì)子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它(tā)的大质量区域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的(de)质(zhì)量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下了(le)各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对前景(jǐng)背(bèi)景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看起来(lái)不应(yīng)该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小，才(cái)变(biàn)得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗(àn)物质(zhì)大约是普通(tōng)物(wù)质(zhì)的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒星运动所需要(yào)的暗物(wù)质比例(lì)是一致的(de)。这(zhè)就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了(le)很多(duō)不同(tóng)的观测结(jié)果(guǒ)。而(ér)暗(àn)物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力(lì)来相互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科(kē)学(xué)家们已经提(tí)出了数(shù)十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常(cháng)规(guī)物(wù)质相互(hù)作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实(shí)质性的发现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的(de)格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球上最大的(de)地学(xué)实验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层(céng)楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家(jiā)声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据(jù)收集，人们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事(shì)情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都(dōu)是一样。一(yī)些科学(xué)家认(rèn)为这可能(néng)是人(rén)类(lèi)发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物(wù)质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的(de)方向是一致的(de)，而(ér)另外(wài)半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学(xué)家认为这可以用来(lái)解释，研究人员们(men)所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他(tā)的情况，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的数(shù)量也(yě)符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在南(nán)半球建立了一个几乎相(xiāng)同的(de)实(shí)验室，这里的季节与之前(qián)的实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在(zài)这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实验室(shì)是一(yī)样的。

因(yīn)此，如(rú)果在(zài)这里可以得到相同的(de)信号，就可以成为(wèi)暗物(wù)质所存在(zài)的非(fēi)常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但是由于(yú)这个实(shí)验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提(tí)供(gōng)的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中(zhōng)一个关键的用(yòng)途(tú)就(jiù)是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对(duì)于探测的结(jié)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(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到(dào)进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不会(huì)意味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的(de)效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先(xiān)找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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