宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是(shì)什么？人类为了(le)寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家(jiā)们在(zài)过去(qù)的(de)几十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却(què)没有发(fā)现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年(nián)出版的自然(rán)哲学(xué)数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克公元1世纪是哪一年到哪一年，公元1世纪是什么年代牛(niú)顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学(xué)家们发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一(yī)定(dìng)有未知的(de)天体通过(guò)引力在摄动它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王(wáng)星(xīng)的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是(shì)这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们(men)上(shàng)升到星系或者(zhě)是星团的(de)尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学(xué)家弗里茨(cí)兹(zī)威基正在研(yán)究和测量后发(fā)星系团的质(zhì)量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星(xīng)系(xì)所组成的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一般会(huì)使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确(què)定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团中(zhōng)的(de)各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度(dù)。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着(zhe)，后(hòu)发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式(shì)所存在(zài)，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程(chéng)中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系团(tuán)中很多星系(xì)的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些(xiē)可(kě)见星系的质(zhì)量所产生的(de)引力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团内(nèi)的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之(zhī)外(wài)了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了这样(yàng)部(bù)分不可(kě)见(jiàn)的暗质(zhì)，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们对(duì)这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次(cì)出(chū)现(xiàn)。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在观测(cè)仙(xiān)女座星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距(jù)离(lí)中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的(de)万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足够(gòu)大(dà)的(de)质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其(qí)中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过(guò)射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合(hé)牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银(yín)河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远远大于理(lǐ)论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存(cún)在(zài)着一(yī)种(zhǒng)我们看不到(dào)的物(wù)质，是这些暗物公元1世纪是哪一年到哪一年，公元1世纪是什么年代质(zhì)的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算在(zài)星系当中暗物质的质(zhì)量占整(zhěng)个星(xīng)系(xì)质量的(de)85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一可以解(jiě)释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现速(sù)度上的微小差(chà)异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存(cún)在的恒星(xīng)数(shù)量却只(zhǐ)有银河系的(de)千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩(bēng)离(lí)析。但是科(kē)学家们使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时(shí)的详细测量(liàng)之(zhī)后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动(dòng)是(shì)可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗(àn)物(wù)质，已经被附近的(de)另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可(kě)能(néng)就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这(zhè)意(yì)味着在(zài)行星(xīng)系尺(chǐ)度(dù)中的(de)天体会沿着它们(men)的轨(guǐ)道(dào)，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到(dào)星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用则是(shì)不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入(rù)了外部(bù)场效应(yīng)的(de)概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这(zhè)意(yì)味着我们需要对现在的(de)物理定(dìng)律进行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的(de)理论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它(tā)们(men)大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气体的(de)相互作用就会导致温度的(de)急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些(xiē)气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什(shén)么来(lái)验证它的质(zhì)量区域(yù)到底(dǐ)是(shì)不是集(jí)中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回(huí)了宇宙当中第(dì)一张全彩的(de)高清(qīng)照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可(kě)以明显地(dì)看(kàn)到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦(wéi)伯(bó)望远镜出了(le)什(shén)么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观测(cè)者之间。被一(yī)个质量超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系(xì)的光都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力(lì)透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星(xīng)系(xì)团观测的时候，发现它的(de)大质(zhì)量区域并不是(shì)在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是(shì)当星团(tuán)发生(shēng)全部(bù)的(de)碰撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也(yě)被认为是暗物(wù)质存在的迄今为(wèi)止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大(dà)爆(bào)炸(zhà)开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了(le)。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示(shì)温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际(jì)上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背(bèi)景(jǐng)分离后(hòu)的二值图像进行连通(tōng)域(yù)提取和(hé)标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的(de)暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单(dān)的理(lǐ)论框(kuāng)架(jià)，就很好地解释了(le)很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力(lì)来(lái)相互作用。所以如果能(néng)够(gòu)找到这种粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗物(wù)质存在(zài)的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而(ér)要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式(shì)也不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼(lóu)高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质粒(lì)子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过(guò)了20多年(nián)的数(shù)据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年(nián)当(dāng)中每年(nián)都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味(wèi)着我们也在以这(zhè)样的速度(dù)在(zài)穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时(shí)地(dì)球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转(zhuǎn公元1世纪是哪一年到哪一年，公元1世纪是什么年代)。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河(hé)系(xì)的方向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好达到完全(quán)一(yī)致，这是(shì)理(lǐ)论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他(tā)的情况，造成(chéng)这(zhè)种年(nián)度周期信号的差(chà)异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游客(kè)的(de)数(shù)量(liàng)也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个几乎相(xiāng)同的(de)实(shí)验室，这(zhè)里的季(jì)节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过(guò)暗物质流的(de)运动特(tè)征(zhēng)和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗(àn)物质所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目(mù)前还(hái)无法提供相应(yīng)的(de)数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的(de)100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对(duì)于(yú)探测的(de)结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学(xué)家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或(huò)者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我更新(xīn)的动力！

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