宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究(jiū)竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质存(cún)在的证据，科学(xué)家(jiā)们在(zài)过(guò)去的(de)几十年当中进行了超过50次的(de)长期实(shí)验，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的(de)自然(rán)哲(zhé)学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的(de)天体通过引力在摄动(dòng)它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的(de)异常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发(fā)现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们(men)上升到(dào)星系(xì)或(huò)者(zhě)是(shì)星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星(xīng)系(xì)团(tuán)的质(zhì)量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些星系(xì)被引力(lì4斤是多少克，0.4斤是多少克)束(shù)缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各(gè)个星系的(de)光度(dù)。

第二种是动力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各个星系相对于星系(xì)团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光的形(xíng)式(shì)所存在(zài)，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系团(tuán)中很(hěn)多星系(xì)的速度比理论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是(shì)无法将它们(men)束缚在星系团内的(de)，它们早(zǎo)就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一(yī)种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于(yú)某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学家(jiā)维(wéi)拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在(zài)其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足够大的(de)质量(liàng)来吸(xī)引它(tā)们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星(xīng)系(xì)中心的(de)距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的(de)力量(liàng)进入其中。

于(yú)是(shì)科学家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例(lì)外(wài)，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第(dì)三(sān)悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太(tài)阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒4斤是多少克，0.4斤是多少克，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实(shí)际速度(dù)远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加(jiā)速度(dù)的(de)原(yuán)因很可能(néng)就是存(cún)在(zài)着(zhe)一种我们(men)看不到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物(wù)质的引力效应(yīng)将星系聚(jù)集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的(de)原因。在一项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系不(bù)多，但(dàn)是星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科(kē)学(xué)家们使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜(jìng)对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细(xì)测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的(de)物质和力学定律(lǜ)来解释(shì)的。那(nà)么又(yòu)有人提(tí)出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星(xīng)系剥离(lí)了(le)。奇(qí)怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的工作方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对于(yú)在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入(rù)了外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物(wù)质假说(shuō)理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙(méng)德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为(wèi)37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大(dà)部(bù)分的普通质量都(dōu)在星系的(de)气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度的(de)急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨(jù)大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什(shén)么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大的(de)天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的(de)东西的(de)引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的(de)天体可能是(shì)超大(dà)质量的黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就(jiù)是(shì)当(dāng)星团发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测(cè)到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了(le)这个区域，并在两边(biān)形(xíng)成(chéng)了引力透(tòu)镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引力(lì)透镜(jìng)研(yán)究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同(tóng)性的微波(bō)辐射。其中红色的(de)部分表示温度较(jiào)高的(de)区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们(men)之(zhī)间(jiān)的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景(jǐng)背景分离后的二(èr)值图像进行连(lián)通域(yù)提取和标记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解(jiě)释星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要(yào)的暗物(wù)质(zhì)比例是(shì)一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任(rèn)何其(qí)他(tā)的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相(xiāng)互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物(wù)质(zhì)存在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提(tí)出了数(shù)十(shí)种的(de)假想目标，而(ér)要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子所需要(yào)的实验方(fāng)式也(yě)不(bù)相同(tóng)。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎(hū)不(bù)会与常(cháng)规物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行(xíng)了(le)超(chāo)过50次的实验，却(què)没(méi)有任何(hé)实质性的发(fā)现，除(chú)了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直致力于(yú)寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了(le)20多(duō)年(nián)的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在(zài)20年(nián)当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人(rén)类发(fā)现暗物质的(de)第(dì)一个直接证据。

但是(shì)为什么(me)暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那(nà)么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在(zài)以(yǐ)这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的(de)，而另外半(bàn)年(nián)则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达(dá)到完(wán)全(quán)一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗(àn)物质(zhì)流(liú)最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际的情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为这可(kě)以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们所观测到(dào)的周期性信号。当然也可能有其(qí)他(tā)的(de)情况，造成这种年度周期信(xìn)号(hào)的差异也(yě)可能是(shì)温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山上的(de)积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也(yě)符合这个周(zhōu)期(qī)的(de)规(guī)律。

所以，科学家们又在南(nán)半球(qiú)建立了一个几乎相同的(de)实验(yàn)室，这里的季(jì)节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流的运动特征和(hé)第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以(yǐ)得到相(xiāng)同的(de)信号，就可以成为暗(àn)物(wù)质所存在的非常有力的(de)证(zhèng)据了。但(dàn)是由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这(zhè)台(tái)太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关(guān)键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗(àn)物质(zhì)背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的(de)结果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研(yán)究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存在，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化(huà)的(de)一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理(lǐ)论得(dé)到(dào)进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着(zhe)人类并不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样(yàng)的(de)效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质(zhì)存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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