宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家们在(zài)过(guò)去的几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后(hòu)的(de)几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王星(xīng)运(yùn)行(xíng)轨道的异常(cháng)，推(tuī)算(suàn)并(bìng)且发现(xiàn)了(le)海(hǎi)王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发(fā)现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大(dà)天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研(yán)究和测量后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个(gè)星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些星系被引力(lì)束(shù)缚(fù)在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数(shù)据是(shì)测量各个星系的光度(dù)。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量(liàng)星系(xì)团中的(de)各个(gè)星系相(xiāng)对(duì)于星(xīng)系团的(de)运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味(wèi)着(zhe)，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的(de)质量(liàng)并不以(yǐ)可见光的形(xíng)式所存在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的(de)速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的(de)运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星系的(de)质(zhì)量所(suǒ)产(chǎn)生(shēng)的引力是无法将(jiāng)它们(men)束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应(yīng)该被(bèi)抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神秘的(de)力量在起作(zuò)用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天(tiān)文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来(lái)说，距(jù)离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测的(de)结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当中如果没(méi)有足够(gòu)大的(de)质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的(de)方法来(lái)解(jiě)释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星系(xì)中心(xīn)的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)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)射电望远镜测(cè)量了距(jù)离(lí)星系(xì)中心(xīn)更远距(jù)离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们的旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的(de)太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的第(dì)三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律进(jìn)行计(jì)算，太(tài)阳系(xì)的运行速(sù)度(dù)应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的原(yuán)因很可(kě)能就是存在着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力(lì)效应将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多(duō)的(de)研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系(xì)当中(zhōng)暗物质(zhì)的(de)质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可以解释(shì)这个现(xiàn)象(xiàng)的(de)原(yuán)因。在一项新的研(yán)究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上的微小差(chà)异(yì)。另外，天文(wén)学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河系不(bù)多，但是星系当中(zhōng)存(cún)在的(de)恒星(xīng)数量却只有银河(hé)系的千分之一(yī)。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们使用(yòng)最先(xiān)进的望远镜对(duì)其进(jìn)行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星系中的恒(héng)星运动(dòng)是(shì)可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质(zhì)和力(lì)学(xué)定律来(lái)解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出(chū)，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被(bèi)附近的(de)另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解还(hái)不够全面(miàn)，引力很可(kě)能(néng)在不同(tóng)尺度空间中的工作方式(shì)是不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解(jiě)的方式(shì)运动(dòng)。但是上升到星系(xì)和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的(de)相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很(hěn)多人(rén)认为(wèi)暗物质(zhì)假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存(cún)在的其他的理论证据(jù)，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的(de)子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普通(tōng)质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的(de)时候，星际气(qì)体的(de)相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团大(dà)部分(fēn)的质(zhì)量将位于所有这些气(qì)体所(suǒ)在的(de)中(zhōng)间区(qū)域(yù)。那(nà)么我们(men)通过什么来(lái)验证它的(de)质量区(qū)域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身并不是真的(de)被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥远的天体和(hé)我们(men)地球上的观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大(dà)的(de)天(tiān)体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都(dōu)发(fā)生了扭曲(qū)。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨(jù)大的(de)天体可(kě)能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域并不(bù)是在中间，而(ér)是在(zài)两(liǎng)侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法就是(shì)当星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了这(zhè)个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存(cún)在(zài)的(de)迄今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅通无(wú)阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上(shàng)它们之间的(de)温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学(xué)家(jiā)们(men)通过对前(qián)景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图像进行连通(tōng)域(yù)提取和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应该(gāi)是这样的(de)，而随(suí)着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度(dù)会减小，才变得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需(xū)要(yào)的暗(àn)物质大约是(shì)普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了(le)一(yī)个简单(dān)的理论(lùn)框架，就很好地解释了(le)很多(duō)不同的观测(cè)结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通(tōng)过引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗(àn)物质存在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数十(shí)种的假想目(mù)标，而要寻找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需(xū)要的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年(nián)的(de)数(shù)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月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到(dào)最(zuì)低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每(měi)年都是(shì)一样。一些(xiē)科(kē)学家(jiā)认为这可(kě)能是人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一(yī)个(gè)直接证据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质会产生周期性的(de)年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们(men)讲了(le)太(tài)阳系正在以220公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕着(zhe)银河系(xì)进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的(de)振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河(hé)系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另(lìng)外(wài)半年(nián)则与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候(hòu)，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的(de)倾(qīng)斜，但(dàn)是这并(bìng)不(bù)影响这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这可(kě)以用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们(men)所观测到的周期性信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的(de)季(jì)节与之前的实(shí)验(yàn)室正(zhèng)好相(xiāng)反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的(de)运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力(lì)的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这(zhè)台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个关(guān)键(jiàn)的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科(kē)学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗(àn)物质存在，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进化的(de)一个重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得(dé)到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会(huì)不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是(shì)要先找到暗物质存(cún)在的实(shí)际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力(lì)！

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