宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家们(men)在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现异(yì)常，不符合万有100块钱值多少美元，100美元是几百元钱引力(lì)定律的(de)时(shí)候，他们(men)就会(huì)知道，周(zhōu)围一(yī)定有未(wèi)知的(de)天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当(dāng)我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在(zài)研(yán)究和(hé)测量后发星系(xì)团的质量。这(zhè)是(shì)一个由数千个星系(xì)所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚(fù)在一起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其"光度(dù)学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力(lì)学(xué)质量(liàng)的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的(de)各(gè)个星系相对于星(xīng)系(xì)团的(de)运动速度。当测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是(shì)“光度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着(zhe)，后发座星系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看(kàn)到(dào)。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现(xiàn)星(xīng)系团中很多(duō)星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的(de)引(yǐn)力(lì)是(shì)无法将它们束缚在星(xīng)系(xì)团内(nèi)的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛(pāo)出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时(shí)的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一(yī)次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特(tè)在观测仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度(dù)就会越慢。但是(shì)他们观测(cè)的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会(huì)使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物(wù)质的(de)存(cún)在，这种方法(fǎ)就(jiù)是(shì)测(cè)量星系当100块钱值多少美元，100美元是几百元钱中气体在X轴上(shàng)距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心的距(jù)离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的(de)结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗(àn)物(wù)质(zhì)的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科(kē)学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系(xì)中心(xīn)更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律(lǜ)进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速(sù)度远远(yuǎn)大于(yú)理论速(sù)度，那么(me)产(chǎn)生以上这种向心加速度的原(yuán)因(yīn)很可能就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时(shí)开(kāi)始(shǐ)，越来(lái)越多(duō)的研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据(jù)星系(xì)外恒星(xīng)轨道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个(gè)星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当(dāng)中，科(kē)学(xué)家们(men)发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却只有(yǒu)银(yín)河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的(de)详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该(gāi)星系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近(jìn)的另一个大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它(tā)的附(fù)近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物(wù)质(zhì)的假(jiǎ)说(shuō)之(zhī)外，另一种可(kě)能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺(chǐ)度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的天(tiān)体会沿(yán)着它们(men)的轨(guǐ)道，按照我们所理(lǐ)解的方式(shì)运动(dòng)。但是(shì)上升到星系和星团的(de)尺度(dù)，引力(lì)之间(jiān)的相(xiāng)互作用则(zé)是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学(xué)家还(hái)引入了外部(bù)场效(xiào)应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数百万光年(nián)的(de)规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立(lì)，这意味着(zhe)我(wǒ)们(men)需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发(fā)现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就(jiù)此(cǐ)终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些(xiē)气(qì)体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那(nà)么我(wǒ)们(men)通过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中(zhōng)第一(yī)张(zhāng)全彩的(de)高清(qīng)照片，在(zài)照(zhào)片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨大的(de)形(xíng)变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了(le)什么(me)问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个(gè)巨大的天体可(kě)能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的大质量区(qū)域(yù)并(bìng)不是(shì)在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法就是(shì)当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的(de)质(zhì)量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系团的引力(lì)透镜研究(jiū)也被(bèi)认为(wèi)是暗物质(zhì)存(cún)在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的(de)理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过(guò)了130多(duō)亿(yì)年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上(shàng)留下了各(gè)相同性的微波(bō)辐射。其中红(hóng)色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表示相对较冷(lěng)的区域(yù)，但实际上它们(men)之间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前(qián)景背景分离后的二值图(tú)像进行连通域提取和(hé)标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变(biàn)得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射(shè)的(de)测量值，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与(yǔ)解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动所需(xū)要的(de)暗物质比例是(shì)一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了(le)一(yī)个简单的理论(lùn)框(kuāng)架(jià)，就很(hěn)好地解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力(lì)来相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子的(de)存在，就(jiù)相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实(shí)际(jì)证据(jù)。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目(mù)标(biāo)粒子所需(xū)要(yào)的实验方(fāng)式也(yě)不(bù)相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年(nián)当中，人类为了(le)寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了(le)一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最(zuì)大的(de)地学(xué)实验(yàn)室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家(jiā)声称观(guān)测到(dào)了某种信号。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集(jí)，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而(ér)且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学(xué)家(jiā)认为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质(zhì)会(huì)产(chǎn)生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速度在(zài)穿越(yuè)着暗物质(zhì)流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的(de)振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致(zhì)的(de)，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物(wù)质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的平面(miàn)呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这个(gè)理论的有(yǒu)效(xiào)性(xìng)。

因此科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也可能(néng)有(yǒu)其他的(de)情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的(de)差异也可能(néng)是(shì)温度、湿(shī)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(yě)符(fú)合这个(gè)周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所存在的非常有(yǒu)力(lì)的证据了(le)。但是由于这(zhè)个实(shí)验室刚(gāng)刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至(zhì)目前还无(wú)法提供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的(de)用途就(jiù)是探索暗物质背后(hòu)的(de)奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬(fēn)研究(jiū)发现，如(rú)果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过这(zhè)样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大前提是(shì)要先(xiān)找(zhǎo)到(dào)暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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