宇(yǔ)宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没有发现(xiàn)任何的(de)有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书姚笛为文章打过几次胎，文章和姚笛生孩子了嘛中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运行(xíng)轨(guǐ)道出(chū)现异常，不(bù)符合万有引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围一(yī)定(dìng)有未知的(de)天体通过引力在摄动(dòng)它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取(qǔ)得(dé)重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的(de)尺度当中，可(kě)当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的(de)质量(liàng)。这是(shì)一(yī)个由(yóu)数(shù)千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星(xīng)系(xì)被引力束缚(fù)在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第(dì)一(yī)种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个(gè)星系(xì)的光度(dù)。

第二(èr)种是动力学(xué)质量的计算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结(jié)果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以可见光(guāng)的形式所存(cún)在，我们(men)无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多(duō)星系的速(sù)度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠(kào)这(zhè)些可见星系的(de)质(zhì)量(liàng)所产生的(de)引力(lì)是(shì)无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量(liàng)来源(yuán)于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了(le)这样部分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的(de)人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人(rén)感到不(bù)可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持(chí)不(bù)变。可是根(gēn)据(jù)牛(niú)顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒(héng)星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家们会(huì)使用(yòng)一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来(lái)解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距(jù)离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气(qì)体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜测(cè)量了距(jù)离星系中(zhōng)心更远距离(lí)的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速(sù)度并不符合(hé)牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于(yú)银(yín)河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕(rào)银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那(nà)么(me)产生以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的原因(yīn)很可能就(jiù)是存(cún)在(zài)着(zhe)一种我们看不到(dào)的物(wù)质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来(lái)越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在(zài)星系当中(zhōng)暗(àn)物质(zhì)的质量占(zhàn)整(zhěng)个(gè)星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在一项新(xīn)的研究(jiū)当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多(duō)，但(dàn)是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系(xì)的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗(àn)物质，否(fǒu)则就(jiù)会(huì)分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们(men)使(shǐ)用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现星系(xì)中的恒星(xīng)运动是(shì)可以用(yòng)正常的物(wù)质和(hé)力学(xué)定律(lǜ)来解释的(de)。那(nà)么又有人提出，也许该星(xīng)系的(de)暗(àn)物(wù)质，已经(jīng)被附近的另(lìng)一个大星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物质的(de)假说之(zhī)外，另一种可能就是(shì)人类对引力的理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星(xīng)系(xì)尺度中(zhōng)的天体会沿着它们(men)的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互作用(yòng)则(zé)是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的是(shì)在数百万光(guāng)年的(de)规模(mó)上，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们需(xū)要(yào)对现(xiàn)在的物理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他(tā)的(de)理论证据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量(liàng)都在星系(xì)的(de)气体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气体的(de)相互作(zuò)用就(jiù)会(huì)导致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于(yú)所(suǒ)有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中间区(qū)域(yù)。那么我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片(piàn)中我们(men)可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了(le)什(shén)么问题，而是(shì)这(zhè)样(yàng)极(jí)遥(yáo)远的天体和我们(men)地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东(dōng)西的引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力(lì)透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量的(de)黑洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子弹星(xīng)系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并不是(shì)在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就(jiù)是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气(qì)体被卡在了(le)中间，暗物质则直(zhí)接通过了这(zhè)个(gè)区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也(yě)被认为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空(kōng)间(jiān)背(bèi)景上留(liú)下了各相同(tóng)性的微波辐(fú)射。其中红色(sè)的部(bù)分(fēn)表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际(jì)上(shàng)它们之间的温(wēn)差只有万分之(zhī)一(yī)。

科(kē)学(xué)家(jiā)们通过对前景背景分(fēn)离后(hòu)的二(èr)值图像进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看起来(lái)不应(yīng)该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物(wù)质大约(yuē)是(shì)普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数字与解(jiě)释(shì)星系当中恒星运(yùn)动所需要的(de)暗物(wù)质(zhì)比例是(shì)一致(zhì)的。这就意味着。

用了(le)一(yī)个(gè)简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测(cè)结果。而暗物质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力来相互(hù)作(zuò)用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的(de)存在(zài)，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子(zi)到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的(de)目标粒子所需要(yào)的(de)实(shí)验(yàn)方式也(yě)不相同(tóng)。在过去(qù)的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规(guī)物(wù)质相互作(zuò)用的(de)“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行了超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了(le)一(yī)个(gè)地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地(dì)球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测(cè)器(qì)，一(yī)直致(zhì)力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子(zi)的(de)周期(qī)性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观(guān)测到了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的数(shù)据(jù)收集，人们发现(xiàn)了(le)一个(gè)有(yǒu)趣(qù)的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每(měi)年都是一(yī)样(yàng)。一些科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这可能是人类发现暗物(wù)质(zhì)的(de)第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性的年(nián)度(dù)信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的方(fāng)向是一致的，而(ér)另(lìng)外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到(dào)完全一致，这是(shì)理论(lùn)上(shàng)地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的(de)情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银(yín)河系(xì)的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可能(néng)是温(wēn)度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数量也符(fú)合(hé)这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里的季节与之前的(de)实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗(àn)物(wù)质流的运(yùn)动特征和(hé)第一个实验室是一(yī)样的(de)。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可以得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可(kě)以成为暗(àn)物质(zhì)所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于(yú)这(zhè)个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以截(jié)至目前还无法提供相应的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射(shè)一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野(yě)是哈(hā)勃(bó)红(hóng)外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼(màn)太空望远镜其中一(yī)个关(guān)键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心(xīn)的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是(shì)生命进(jìn)化(huà)的一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理(lǐ)论得到(dào)进(jìn)一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的(de)暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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