宇宙(zhòu)是(shì)“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存(cún)在科学(xué)无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们(men)在过去的几十年当中进行了超过50次(cì)的(de)长期实(shí)验，但是却没有发现任何(hé)的(de)有效证(zhèng)据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当(dāng)天文学家们发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合万有(yǒu)引力(lì)定律的时候，他们(men)就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的(de)异常，推算并且(qiě)发现了(le)海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们(men)上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和(hé)测量后发星系团的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千(qiān)个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质(zhì)量的(de)范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各个(gè)星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个星(xīng)系相对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度(dù)比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的质量所产(chǎn)生的引力(lì)是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星系团内的(de)，它们(men)早就应(yīng)该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了这样部分不(bù)可见的(de)暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越远的(de)恒星(xīng)在其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就(jiù)会越(yuè)慢。但是(shì)他们(men)观测的结(jié)果却让人感到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增加，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎保持不变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如(rú)果没(méi)有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外围的(de)恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一(yī)种相对标(biāo)准的方(fāng)法来解释暗(àn)物质的存(cún)在，这种方法就是(shì)测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星系(xì)中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)。如果出(chū)现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度(dù)并不(bù)符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的(de)第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上(shàng)，太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度，那(nà)么产生以上这(zhè)种向心加速度(dù)的原因很(hěn)可能就是存(cún)在着一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗(àn)物质的引力(lì)效应将星系聚集在(zài)了(le)一(yī)起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗(àn)物(wù)质的存(cún)在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系(xì)当(dāng)中暗(àn)物(wù)质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并(bìng)不是唯(wéi)一可(kě)以(yǐ)解释(shì)这个现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的(de)研究当中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出现速度上(shàng)的微小差(chà)异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不多，但是星系当(dāng)中存(cún)在的恒星数量(liàng)却只有银河(hé)系的(de)千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须(xū)存在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学(xué)家们(men)使用最(zuì)先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详(xiáng)细测(cè)量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运动是可以用正常的物(wù)质和(hé)力(lì)学(xué)定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系(xì)存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力(lì)很可能(néng)在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的(de)工(gōng)作方(fāng)式是不(bù)同的，这(zhè)意味着在(zài)行(xíng)星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们(men)所(suǒ)理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间(jiān)的相互作用(yòng)则是不同的方式(shì)。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外(wài)部场效(xiào)应的概(gài)念，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊(shū)的(de)效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多(duō)人认为(wèi)暗物(wù)质(zhì)假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在(zài)宇(yǔ)宙当(dā大学几乎都开过房，大学谈恋爱的都开过房吗ng)中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙德理论所没法解(jiě)释(shì)的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年(nián)的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组(zǔ)成，类似这样的星团(tuán)，它们(men)大部分的(de)普通质量(liàng)都在(zài)星系(xì)的气(qì)体当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大(dà)部分的质量将位于(yú)所有(yǒu)这(zhè)些气体所在(zài)的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照(zhào)片中我们可以明显地(dì)看到(dào)很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星(xīng)系本身并不(bù)是真的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样大学几乎都开过房，大学谈恋爱的都开过房吗(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对(duì)子(zi)弹星系团观测的时候，发(fā)现它(tā)的(de)大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接(jiē)通(tōng)过(guò)了这(zhè)个区域(yù)，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗物(wù)质存在的迄(qì)今为止最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自(zì)宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色的部分表示(shì)温度较(jiào)高(gāo)的(de)区域，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷的(de)区(qū)域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的温差(chà)只有万分之一(yī)。

科学家们(men)通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离后的二(èr)值图像(xiàng)进行连(lián)通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该(gāi)是(shì)这样的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射(shè)的测(cè)量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很(hěn)多不同的观测结果。而暗(àn)物(wù)质(zhì)的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力(lì)来(lái)相互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要(yào)的实验方式也不相同。在过(guò)去的(de)几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不(bù)会与常规物(wù)质相互作用的(de)“暗物(wù)质”，科学(xué)家们(men)已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测(cè)到了(le)某种信号(hào)。经过了(le)20多(duō)年的数据(jù)收集，人们发现了(le)一(yī)个有趣的(de)事情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科(kē)学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期(qī)性的年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们(men)讲了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的(de)方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系(xì)的(de)方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太(tài)阳的方向正(zhèng)好达到(dào)完全(quán)一(yī)致，这是(shì)理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河系的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测(cè)到的周期(qī)性信号。当然也(yě)可能有其他的(de)情(qíng)况，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客的数量也符合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在(zài)南半球建立了(le)一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验(yàn)室，这里的季节(jié)与之(zhī)前(qián)的实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物质流(liú)的运动特(tè)征和第一个(gè)实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相同的(de)信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台(tái)新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的(de)主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其中一(yī)个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的(de)暗物质会不(bù)会意味着(zhe)人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落(luò)的行(xíng)星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物(wù)质正在通过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前提是(shì)要(yào)先(xiān)找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持(chí)是我更新的动力！

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