宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释(shì)的(de)“暗(àn)物质(zhì)”？暗物(wù)质(zhì)又究(jiū)竟(jìng)是什么？人(rén)类(lèi)为了(le)寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们(men)在(zài)过去的几十年(nián)当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但(dàn)是却没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年(nián)来(lái)，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某些天体运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异(yì)常，推算并且(qiě)发现(xiàn)了(le)海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星系或(huò)者是(shì)星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究和测量后发星系(xì)团的质量。这是(shì)一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光(guāng)度(dù)学(xué)的质量"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各个(gè)星系(xì)的光度。

第二(èr)种是(shì)动力(lì)学质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见光的(de)形式(shì)所存在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的(de)速度比(bǐ)理论上要(yào)快得多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生(shēng)的(de)引(yǐn)力是无法将它们束缚(fù)在(zài)星(xīng)系团内的，它们(men)早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这(zhè)样(yàng)部分(fēn)不可见的(de)暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸(xī)光、反射(shè)光(guāng)，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福(fú)特(tè)在(zài)观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心(xīn)距(jù)离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大(dà)的质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于(yú)这(zhè)种现(xiàn)象(xiàng)，科学(xué)家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在(zài)X轴上(shàng)距离星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入(rù)其中。

于是科(kē)学(xué)家们通(tōng)过射(shè)电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星系(xì)中心更远距(jù)离的氢元素，发(fā)现它们的(de)旋转速度并不(bù)符合牛顿的(de)力(lì)学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河(hé)系的第(dì)三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行(xíng)计(jì)算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远(yuǎn)远大(dà)于理论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因(yīn)很可能(néng)就是(shì)存在着一种我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗(àn)物(wù)质的(de)引力效(xiào)应(yīng)将星系(xì)聚集在(zài)了(le)一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现象的原(yuán)因(yīn)。在(zài)一项新的研鲜衣怒马少年时,不负韶华行且知，鲜衣怒马少年时全诗谁写的(yán)究(jiū)当(dāng)中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速(sù)度上(shàng)的微(wēi)小(xiǎo)差异(yì)。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学(xué)家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量之后，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(de)。那么(me)又(yòu)有人(rén)提出，也(yě)许该星系(xì)的暗(àn)物质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类(lèi)对(duì)引力的(de)理解(jiě)还不够全面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的(de)，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所理解的(de)方(fāng)式运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光年(nián)的规模(mó)上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需(xū)要对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系(xì)团所组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团，它(tā)们(men)大部分(fēn)的普通质量都(dōu)在星系的(de)气体当中。当星团(tu鲜衣怒马少年时,不负韶华行且知，鲜衣怒马少年时全诗谁写的án)以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气体的相互(hù)作用就(jiù)会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有这些(xiē)气体所(suǒ)在的中间(jiān)区(qū)域(yù)。那么我(wǒ)们通过什么来验(yàn)证它的(de)质量区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传(chuán)回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们(men)可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么问题，而是(shì)这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的(de)光都发(fā)生(shēng)了(le)扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是(shì)超(chāo)大(dà)质量的黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以(yǐ)当(dāng)人们对(duì)子弹星系团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好的(de)解释(shì)方法(fǎ)就(jiù)是当星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质(zhì)则直(zhí)接通过(guò)了这个(gè)区域，并在(zài)两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最(zuì)古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留下了各(gè)相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的(de)部分(fēn)表示温度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对(duì)前(qián)景背景分离后的二值图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗(àn)物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的(de)测(cè)量值(zhí)，我们需要的(de)暗物质大约是(shì)普(pǔ)通物质(zhì)的5倍(bèi)。这(zhè)个数(shù)字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗(àn)物质(zhì)比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观(guān)测结果。而暗物质(zhì)的(de)本(běn)质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)存在(zài)着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不参(cān)与任何其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当(dāng)于找到了(le)暗物(wù)质存(cún)在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提(tí)出了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的实验，却(què)没有任何(hé)实质性(xìng)的(de)发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着(zhe)地球上(shàng)最(zuì)大的地学(xué)实验室，这(zhè)个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的(de)科(kē)学家声称观(guān)测到(dào)了某种信号。经过(guò)了20多年(nián)的(de)数据收集，人们发现了(le)一个(gè)有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家(jiā)认为这可能(néng)是人类(lèi)发现暗物(wù)质(zhì)的(de)第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那(nà)么(me)如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样(yàng)的速(sù)度在穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个(gè)过(guò)程(chéng)中会产(chǎn)生(shēng)相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系的(de)方(fāng)向(xiàng)是一致的(de)，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的(de)方向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物(wù)质(zhì)流最(zuì)快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实(shí)际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到(dào)的周期性信号(hào)。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的(de)积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利(lì)游(yóu)客的数量也符(fú)合这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特(tè)征(zhēng)和第(dì)一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常(cháng)有力的证(zhèng)据(jù)了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目(mù)前还无法提供(gōng)相(xiāng)应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只(zhǐ)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(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们(men)极(jí)有可(kě)能拥有另一种神秘的(de)效应(yīng)，这(zhè)种暗物(wù)质(zhì)效(xiào)应，会(huì)支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的一个重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进一步的(de)证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会不会(huì)意味着(zhe)人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质到底存不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支(zhī)持是我更新的动力！

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