宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么(me)？人类(lèi)为了(le)寻(xún)找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们(men)在过去(qù)的(de)几十年当(dāng)中进(jìn)行了超过(guò)50次(cì)的(de)长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却(què)没(méi)有(yǒu)发(fā)现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿(dùn)发(fā)表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的(de)规律。往(wǎng)后的(de)几百(bǎi)年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定(dìng)有未知的(de)天体通过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并(bìng)且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的(de)发现(xiàn)都是应(yīng)用万有引力(lì)定律所取得重大天(tiān)文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星(xīng)系(xì)统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升(shēng)到(dào)星系或(huò)者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的(de)物理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量星系(xì)团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两种方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以(yǐ)确(què)定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的数据(jù)是测量各(gè)个星系的光度。

第(dì)二种是动力学(xué)质(zhì)量的(de)计算，是(shì)利(lì)用光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的(de)是，在测量速度(dù)的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团(tuán)之外(wài)了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样部(bù)分不可(kě)见的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人(rén)们对这(zhè)样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是(shì)他们观(guān)测(cè)的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中如果没(méi)有足够大(dà)的质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们(men)会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离(lí)，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科学家们通过射电望远镜测(cè)量了(le)距(jù)离星系中心更远距离的(de)氢(qīng)元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远远大(dà)于理论速度，那么(me)产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度(dù)的原(yuán)因很(hěn)可能就(jiù)是存在(zài)着一种我们(men)看不到的物(wù)质，是这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物(wù)质的(de)存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质(zhì)的(de)质量占(zhàn)整个星(xīng)系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可(kě)以解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当(dāng)中，科学(xué)家们(men)发(fā)现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系不(bù)多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的(de)恒星数量(liàng)却只有银(yín)河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离(lí)析(xī)。但是(shì)科学家们使用(yòng)最(zuì)先进的(de)望远镜对(duì)其进行了(le)40个小时的(de)详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和力(lì)学(xué)定律来解释的。那么(me)又有人提出，也(yě)许该星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被(bèi)附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除(chú)了暗物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种可能(néng)就(jiù)是人类(lèi)对(duì)引(yǐn)力的理解还不(bù)够全面，引力很(hěn)可(kě)能在(zài)不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意(yì)味着在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照我们所理解(jiě)的(de)方(fāng)式(shì)运动(dòng)。但(dàn)是上升到星(xīng)系和(hé)星(xīng)团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用(yòng)则(zé)是不同的方式(shì)。对于在星系团之(zhī)间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在(zài)数百万光(guāng)年的(de)规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着(zhe)我(wǒ)们需要(yào)对现在的物(wù)理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人(rén)认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组(zǔ)成(chéng)，类(lèi)似这样的(de)星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体的相互作(zuò)用(yòng)就会导(dǎo)致(zhì)温度的急(jí)剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将(jiāng)位于所有这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的(de)质量区(qū)域(yù)到底(dǐ)是不是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地(dì)看到很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系(xì)本身(shēn)并不是(shì)真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和我们(men)地球(qiú)上的观测(cè)者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量(liàng)的东(dōng)西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子(zi)弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不(bù)是在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是(shì)当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的质(zhì)量气(qì)体被卡(kǎ)在(zài)了(le)中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过(guò)了(le)这个区域，并在(zài)两(liǎng)边(biān)形成了引力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红(hóng)色(sè)的部分(fēn)表示温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通域(yù)提取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射(shè)的测量值，我们(men)需要的(de)暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所需要(yào)的(de)暗物质比例是(shì)一致的(de)。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了(le)一个简单的(de)理(lǐ)论框架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着(zhe)某(mǒu)种类型(xíng)的(de)粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒(lì)子的(de)存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在(zài)的(de)实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的(de)几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现(xiàn)，除了(le)一个(gè)地(dì)方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(grandma意思中文翻译，grandma是什么意思译sān)层楼高(gāo)的(de)探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科学家声(shēng)称观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人(rén)们发现了一(yī)个有趣的(de)事情。探测率会在每年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能是人(rén)类发(fā)现暗物质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么(me)暗物质会产生周期(qī)性的年度信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在(zài)宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在(zài)以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程(chéng)中会(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银(yín)河系(xì)的方向是一致的，而另外(wài)半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在(zàigrandma意思中文翻译，grandma是什么意思译)6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银河系(xì)的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可以用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所观测到(dào)的周期(qī)性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年(nián)度周期(qī)信号(hào)的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山(shān)上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大利游(yóu)客的(de)数(shù)量也(yě)符(fú)合这个周期(qī)的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征(zhēng)和第(dì)一个实验(yàn)室是一样的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗(àn)物(wù)质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证(zhèng)据(jù)了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目(mù)前还(hái)无法提供(gōng)相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们(men)只能拭(shì)目以待了(le)。费米(mǐ)实(shí)验室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的(de)科(kē)学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存(cún)在(zài)，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到进(jìn)一步的证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个(gè)角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗(àn)物质正在(zài)通(tōng)过这(zhè)样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质存在(zài)的(de)实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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