宇宙是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会存在科(kē)学(xué)无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了(le)万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规(guī)律。往后的(de)几百年来(lái)，当(dāng)天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星(xīng)运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研(yán)究和(hé)测量(liàng)后发星系团的(de)质量(liàng)。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的(de)巨大星(xīng)系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)结(jié)果(guǒ)一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量(liàng)星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团的(de)运动(dòng)速度。当测量结果出来(lái)之(zhī)后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着(zhe)，后(hòu)发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不以可(kě)见光的(de)形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系的速度(dù)比(bǐ)理(lǐ)论(lùn)上要(yào)快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它(tā)们(men)束缚(fù)在(zài)星系团内的(de)，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了(le)这(zhè)样(yàng)部分(fēn)不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特(tè)福特在(zài)观(guān)测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动(dòng)。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离(lí)中心越远的恒(héng)星在(zài)其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观测(cè)的(de)结果却让(ràng)人(rén)感到不可思(sī)议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用(yòng)一种相对(duì)标准的方(fāng)法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测(cè)量星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速(sù)度并不(bù)符合牛顿的力(lì)学定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远(yuǎn)远大于(yú)理论速度，那么(me)产生以上这种向心(xīn)加速度(dù)的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是这些暗物(wù)质的(de)引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越来(lái)越多的(de)研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量(liàng)占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎(hū)没(méi)有引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微(wēi)小差异(yì)。另外，天文学家还发现(xiàn)了(le)一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系(xì)当(dāng)中存(cún)在的(de)恒星数量却只有银河(hé)系(xì)的千分之一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩(bēng)离(lí)析。但是科学家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细(xì)测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的(de)物(wù)质(zhì)和力(lì)学定律来解(jiě)释(shì)的。那么(me)又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星(xīng)系(xì)剥(bō)离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成这(zhè)些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是(shì)人类对引力(lì)的(de)理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用，科学(xué)家(jiā)还引入(rù)了外(wài)部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年(nián)的规(guī)模上(shàng)，巨大的(de)质(zhì)量(liàng)之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很(hěn)多人认(rè使出吃奶的劲儿，吃奶的劲都使出来了是什么意思n)为暗(àn)物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存(cún)在的(de)其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理(lǐ)论(lùn)证据是(shì)蒙(méng)德(dé)理论所没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系(xì)团所组成，类似这(zhè)样的(de)星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在(zài)星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作(zuò)用(yòng)就会导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部(bù)分的(de)质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片中我(wǒ)们可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望(wàng)远镜(jìng)出了什(shén)么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体和我们地球上的(de)观(guān)测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨(jù)大(dà)的(de)天体(tǐ)可(kě)能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系(xì)团观(guān)测的时候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它(tā)的大(dà)质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质则(zé)直接通过(guò)了这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也(yě)被认(rèn)为是暗物质存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之(zhī)后(hòu)，可见光(guāng)终(zhōng)于可(kě)以(yǐ)畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇(yǔ)宙空(kōng)间(jiān)背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度(dù)较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们(men)之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家(jiā)们通(tōng)过对(duì)前景背景分离后的二(èr)值图(tú)像进(jìn)行连通(tōng)域提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来(lái)不应该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的(de)暗(àn)物质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释(shì)星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的(de)暗物质(zhì)比例(lì)是(shì)一致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好(hǎo)地(dì)解释了很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而(ér)暗物质的(de)本(běn)质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子(zi)的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在(zài)的实际使出吃奶的劲儿，吃奶的劲都使出来了是什么意思(jì)证据(jù)。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出(chū)了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要的(de)实验方式也(yě)不(bù)相(xiāng)同。在过去(qù)的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质(zhì)相互(hù)作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层(céng)楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到(dào)了(le)某(mǒu)种信号。经过了(le)20多年的数据(jù)收集，人们(men)发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在(zài)每年(nián)的(de)6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每(měi)年都是一样。一些(xiē)科(kē)学家(jiā)认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物(wù)质会产生(shēng)周(zhōu)期(qī)性的年度信号呢？刚才(cái)我们(men)讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如(rú)果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时(shí)候，地(dì)球与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到完全(quán)一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银(yín)河(hé)系(xì)的平面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差(chà)异(yì)也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符(fú)合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立(lì)了一个(gè)几(jǐ)乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的运(yùn)动(dòng)特征和第(dì)一个(gè)实(shí)验室是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射(shè)一台新(xīn)的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它(tā)的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途(tú)就(jiù)是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒(lì)子天体物(wù)理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如(rú)果暗(àn)物质存在，它(tā)们极(jí)有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这(zhè)一理(lǐ)论得到(dào)进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会意味着(zhe)人(rén)类并不孤单(dān)呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这(zhè)样的(de)效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些推论(lùn)的大前(qián)提(tí)是(shì)要先找到暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在(zài)呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支(zhī)持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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