宇宙是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了(le)超过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是(shì)却没有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何的有效证据。除(chú)了一个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动(dòng)的规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年(nián)来，当(dāng)天(tiān)文学家(jiā)们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥(ào)本勒(lēi)维耶(yé)就通过(guò)天(tiān)王(wáng)星运行轨道(dào)的(de)异(yì)常，推(tuī)算并且发现了海王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的(de)例子。但是这些发(fā)现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们上升(shēng)到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹(zī)威基正在(zài)研究(jiū)和测量后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系(xì)被(bèi)引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量星系(xì)团的(de)质(zhì)量(liàng)一般会(huì)使用(yòng)到(dào)两种方法，当两种方法结(jié)果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量的(de)范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需(xū)要的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量的(de)计算，是(shì)利用光谱红移测(cè)量星(xīng)系团中(zhōng)的各个(gè)星系相(xiāng)对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发座星(xīng)系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的质20分米等于多少米 20分米等于多少厘米量并不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们(men)无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得(dé)多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它(tā)们(men)束缚在(zài)星(xīng)系(xì)团内的，它们(men)早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的(de)物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分(fēn)不可见(jiàn)的(de)暗质(zhì)，它不(bù)发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们(men)对(duì)这样的(de)一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再(zài)一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中的恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却(què)让人感到不可(kě)思(sī)议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的(de)质量来吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准的方法来解释暗(àn)物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就(jiù)是(shì)测(cè)量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)的距离，以(yǐ)及(jí)在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星(xīng)系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离(lí)的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度(dù)并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我们(men)的太阳系(xì)也(yě)不(bù)例外，太(tài)阳系位于银(yín)河系的第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际(jì)上，太阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以(yǐ)上这种向(xiàng)心(xīn)加速度(dù)的原因很可能(néng)就是存(cún)在着(zhe)一(yī)种我们看(kàn)不(bù)到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人(rén)员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的(de)存在(zài)。科学(xué)家(jiā)根(gēn)据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文(wén)学(xué)家还发现了一(yī)个反常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河系不多，但是(shì)星系(xì)当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该(gāi)星系必(bì)须(xū)存在(zài)暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学(xué)定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有人(rén)提(tí)出，也许该星系的暗(àn)物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一(yī)个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近(jìn)没有任(rèn)何星系存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质(zhì)的(de)假说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人类对引(yǐn)力(lì)的理解还不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不同尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式(shì)是不同(tóng)的(de)，这意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的方(fāng)式运动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星团的尺度(dù)，引力之间的相互(hù)作用(yòng)则是不(bù)同的方式。对于在星系(xì)团之(zhī)间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场效应(yīng)的概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很(hěn)多人认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物(wù)质存在(zài)的其他(tā)的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团所组(zǔ)成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量(liàng)都在(zài)星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的(de)中间区(qū)域。那么我们(men)通过什么来验证它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是不(bù)是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯(bó)太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以明(míng)显(xiǎn)地看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问题，而是(shì)这(zhè)样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和(hé)我们(men)地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星(xīng)系的(de)光都发(fā)生了(le)扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是引力(lì)透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过了这(zhè)个区域，并在(zài)两(liǎng)边形(xíng)成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是(shì)暗物质存(cún)在(zài)的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除(chú)此之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多(duō)亿年(nián)之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温度较高的(de)区域，蓝色则(zé)表示(shì)相(xiāng)对(duì)较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域(yù)提(tí)取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当(dāng)中恒(héng)星运动(dòng)所(suǒ)需(xū)要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多不同的(de)观(guān)测结果。而暗(àn)物(wù)质的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类型的(de)粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来(lái)相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家(jiā)们(m20分米等于多少米 20分米等于多少厘米en)已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些不同的(de)目(mù)标(biāo)粒子(zi)所需要的实验方(fāng)式(shì)也不相同。在过去的(de)几(jǐ)十年(nián)当中，人类(lèi)为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行(xíng)了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下(xià)1400米处的(de)地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三(sān)层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直(zhí)接证据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周(zhōu)期性的(de)年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我们(men)也(yě)在以这样(yàng)的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外(wài)半(bàn)年则(zé)与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的(de)方向正好达到(dào)完全一致，这是理论(lùn)上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快的时段(duàn)。而(ér)在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度周期(qī)信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合(hé)这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此(c20分米等于多少米 20分米等于多少厘米ǐ)，如果在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的(de)证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一(yī)个关键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待了(le)。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的(de)科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有另(lìng)一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中(zhōng)的(de)暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通过这样的效(xiào)应(yīng)创造(zào)生命。当然(rán)，这些推论的(de)大(dà)前提(tí)是要先(xiān)找到(dào)暗(àn)物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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