宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟(jìng)是(shì)什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的证(zhèng)据，科(kē)学(xué)家们在过去的几十年当中进行了(le)超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它(tā)揭示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来，当天文(wén)学家们发现某(mǒu)些天体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符(fú)合万有(yǒu)引力(lì)定律的时(shí)候，他(tā)们就(jiù)会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星运行轨道(dào)的(de)异(yì)常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基(jī)正在(zài)研究(jiū)和测(cè)量后(hòu)发星系(xì)团(tuán)的质量(liàng)。这是(shì)一个由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系(xì)被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个星系(xì)相对(duì)于星(xīng)系团的(de)运动速度。当测(cè)量结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的(de)是(shì)，在测(cè)量速度的过(guò)程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中很多星(xīng)系的(de)速度比理论上(shàng)要(yào)快得(dé)多(duō)，按(àn)照牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生(shēng)的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系(xì)团(tuán)内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神秘的(de)力量在起作用，这(zhè)种力量(liàng)来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这(zhè)样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但(dàn)是(shì)它们(men)却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝半亩花田护肤品排行榜，半亩花田护肤品属于什么档次大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在(zài)观测(cè)仙女座(zuò)星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是(shì)他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人(rén)感到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的(de)旋(xuán)转速(sù)度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在(zài)星(xīng)系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来(lái)吸引它们(men)，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。基于(yú)这种现象，科学家们(men)会(huì)使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质的(de)存在(zài)，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。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。

于是科(kē)学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测(cè)量了(le)距离(lí)星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我(wǒ)们(men)的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系(xì)位于银(yín)河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上(shàng)这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到(dào)的(de)物质，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学(xué)家根据星(xīng)系(xì)外(wài)恒星(xīng)轨道的速(sù)度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个(gè)星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并(bìng)不(bù)是(shì)唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一(yī)项新的(de)研究当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速(sù)度上(shàng)的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了(le)一个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数(shù)量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们(men)使用(yòng)最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小(xiǎo)时的(de)详细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运(yùn)动是可以(yǐ)用正常的物(wù)质和力学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的(de)假说之外(wài)，另一(yī)种可能就是人(rén)类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方式是(shì)不同的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则(zé)是不同(tóng)的(de)方式。对(duì)于(yú)在星系团之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学(xué)家(jiā)还引入(rù)了外(wài)部场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这(zhè)意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗(àn)物质存(cún)在(zài)的其他的理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它(tā)们大(dà)部分(fēn)的普通(tōng)质量都在星(xīng)系的(de)气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际(jì)气(qì)体的相互作用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证(zhèng)它的(de)质量区域(yù)到(dào)底是不是(shì)集(jí)中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了(le)什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观(guān)测者(zhě)之间。被一(yī)个质(zhì)量超级巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星系的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大(dà)的天体可能(néng)是(shì)超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就(jiù)是当星团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则(zé)直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的迄今为(wèi)止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自(zì)宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可(kě)见光(guāng)终于(yú)可以畅通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对(duì)前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二值(zhí)图像进行连通域提取和标记之(zhī)后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该(gāi)是这(zhè)样的，而随(suí)着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数(shù)字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解(jiě)释了很多不同(tóng)的观(guān)测(cè)结(jié)果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参(cān)与任何其他的(de)电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到这种粒(lì)子(zi)的(de)存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经提出了(le)数(shù)十(shí)种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的(de)实(shí)验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的发(fā)现，除了(le)一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高(gāo)的(de)探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年的(de)6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都是(shì)一样(yàng)。一些(xiē)科(kē)学家(jiā)认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个(gè)直接证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了(le)太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕(rào)着银河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当中，这意(yì)味着我们也在(zài)以(yǐ)这样的速度在穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳(yáng)的(de)方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河(hé)系的(de)方向是(shì)一致(zhì)的(de)，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这个(gè)理(lǐ)论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观(guān)测到的(de)周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的(de)差异也(yě)可(kě)能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游客的数(shù)量也符(fú)合这个周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前(qián)的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流(liú)的(de)运动特征和第一(yī)个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到相同(tóng)的信号(hào)，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所存在(zài)的非常有力的(de)证(zhèng)据(jù)了。但是由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不(bù)久，所以截(jié)至目前(qián)还无法提供相应的(de)数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的(de)视(shì)野(yě)是哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探(tàn)测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命进化(huà)的(de)一个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进(jìn)一步的证实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗(àn)物质正在通过这(zhè)样(yàng)的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前(qián)提是要(yào)先找到暗(àn)物(wù)质存在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到(dào)底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我(wǒ)更(gèng)新的动力(lì)！

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