宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存(cún)在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证(zhèng)据(jù)，科学家(jiā)们在(zài)过(guò)去(qù)的几十(shí)年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却(què)没有发(fā)现任(rèn)何的(de)有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符合万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它(tā)的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取(qǔ)得(dé)重(zhòng)大天文成(chéng)就的例子(zi)。但是这些发现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由数(shù)千个星(xīng)系所组成的(de)巨大星(xīng)系团，这些星系被引力(lì)束(shù)缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星(xīng)系团(tuán)中的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后(hòu)发座星(xīng)系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我们(men)无(wú)法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系(xì)团(tuán)中(zhōng)很多(duō)星系的速度(dù)比理论(lùn)上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是(shì)无法将它们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基(jī)提(tí)出了这样(yàng)部分(fēn)不可见的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但(dàn)是它们却(què)占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的(de)质量。只是(shì)当(dāng)时的人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一(yī)顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离(lí)中心(xīn)越(yuè)远(yuǎn)的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的(de)运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星系(xì)当中如果没(méi)有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是(shì)测量(liàng)星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们的(de)太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光(guāng)年(nián)，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米(mǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理(lǐ)论(lùn)速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的(de)引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质(zhì)的存(cún)在。科(kē)学家根据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的(de)速度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质(zhì)量的8低头看我是怎么玩你的，低头看我是怎么弄你的5%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新(xīn)的(de)研(yán)究(jiū)当(dāng)中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间(jiān)，也(yě)会出现(xiàn)速度(dù)上(shàng)的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和(hé)银河系不(bù)多，但是(shì)星系(xì)当中存在的恒星数量却只有银河(hé)系(xì)的(de)千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜对(duì)其(qí)进(jìn)行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动是(shì)可(kě)以(yǐ)用(yòng)正常(cháng)的物质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释的(de)。那么又有人(rén)提(tí)出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个(gè)大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何(hé)星系存(cún)在。造成(chéng)这些(xiē)现象的(de)除了暗物(wù)质(zhì)的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就是(shì)人类对引力的理解还(hái)不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间(低头看我是怎么玩你的，低头看我是怎么弄你的jiān)中的(de)工(gōng)作方式是(shì)不同的，这意味(wèi)着在(zài)行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用(yòng)则是(shì)不同的方式(shì)。对(duì)于在星系(xì)团之间的(de)相互作(zuò)用，科学(xué)家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙(méng)德(dé)理论成(chéng)立，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的(de)物(wù)理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多(duō)人认为暗(àn)物质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗物(wù)质(zhì)存在的其他(tā)的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系团所组成，类似(shì)这(zhè)样的(de)星团(tuán)，它们(men)大部分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会(huì)导致温度(dù)的急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质量区(qū)域(yù)到底是(shì)不是集(jí)中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹星系(xì)团观测(cè)的时候(hòu)，发现它的大(dà)质量区(qū)域并不是在中(zhōng)间，而是(shì)在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全(quán)部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在(zài)两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下(xià)了(le)各(gè)相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的(de)区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前(qián)景背(bèi)景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰(fēng)值的(de)幅(fú)度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的(de)测量值，我们(men)需要的暗物质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动所需(xū)要的暗(àn)物质比例是(shì)一致(zhì)的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了(le)一个(gè)简单的理论框架(jià)，就很好地(dì)解(jiě)释了很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物(wù)质的(de)本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒(lì)子，它们(men)不(bù)参与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒(lì)子的(de)存(cún)在，就相当于找到(dào)了暗(àn)物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们(men)已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标(biāo)粒子(zi)所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没(méi)有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科学(xué)家(jiā)声称观(guān)测到了(le)某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个(gè)有趣的事(shì)情(qíng)。探测率会在每年(nián)的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到(dào)最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家(jiā)认为这可(kě)能是人类发现暗物(wù)质的(de)第一个直(zhí)接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那么(me)如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的速(sù)度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的(de)振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是一致(zhì)的，而(ér)另外(wài)半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达到(dào)完全一致(zhì)，这是(shì)理(lǐ)论上(shàng)地(dì)球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的(de)平(píng)面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这(zhè)个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此科学家认为(wèi)这可(kě)以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可(kě)能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游客的数(shù)量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建(jiàn)立了一(yī)个(gè)几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里的季节(jié)与之前的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的(de)运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是(shì)由于(yú)这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前(qián)还无(wú)法提供(gōng)相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这(zhè)台太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘(mì)，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目(mù)以待了。费(fèi)米(mǐ)实(shí)验室(shì)粒子天(tiān)体(tǐ)物(wù)理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进化的(de)一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果(guǒ)这(zhè)一(yī)理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这(zhè)样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是(shì)要先找到(dào)暗(àn)物质存在的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我更新的(de)动力！

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