宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么(me)？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去(qù)的(de)几十年(nián)当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的(de)长期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是却没(méi)有发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据(jù)。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发(fā)现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨道(dào)出(chū)现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们(men)就会(huì)知道，周围一(yī)定有未知的(de)天体通过引力(lì)在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且(qiě)发现(xiàn)了(le)海王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大(dà)天(tiān)文成就的例(lì)子(zi)。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威(wēi)基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的(de)质量。这是一个(gè)由(yóu)数千个星(xīng)系(xì)所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一般(bān)会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是(shì)测量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测(cè)量星系团中(zhōng)的各个(gè)星(xīng)系相对于星系(xì)团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可(kě)见光的(de)形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系(xì)的(de)质(zhì)量(liàng)所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的(de)暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝大(dà)部(bù)分的质量。只是当时的(de)人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个(gè)词(cí)才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没有足(zú)够大的(de)质量来吸引(yǐn)它(tā)们(men)，这些(xiē)外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于(yú)这种现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来(lái)解释暗物(wù)质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的(de)距(jù)离(lí)，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其(qí)中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学(xué)定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的(de)运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速(sù)度远(yuǎn)远大于(yú)理论速度，那么(me)产生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度的(de)原因很可能(néng)就是(shì)存在着(zhe)一种我们(men)看不到(dào)的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来(lái)越多的(de)研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新的研(yán)究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在的恒(héng)星数量却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是(shì)可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附近的(de)另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没有任何星系(xì)存(cún)在。造成这些现象的除了暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引力的(de)理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很(hěn)可能(néng)在不同(tóng)尺度(dù)空(kōng)间中的(de)工作(zuò)方(fāng)式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方(fāng)式(shì)运动。但(dàn)是上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了(le)外部(bù)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(cǐ)特殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也(yě)让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的(de)其他的(de)理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量都在星(xīng)系的气体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互(hù)作用就会(huì)导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)大部分(fēn)的质量将位于所有这(zhè)些气(qì)体所在的中间区域(yù)。那么我们(men)通(tōng)过什么(me)来验证它的质量区域(yù)到(dào)底(dǐ)是(shì)不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第(dì)一(yī)张(zhāng)全(quán)彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和(hé)我们地球(qiú)上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东(dōng)西的(de)引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是(shì)引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是当(dāng)星团发(fā)生全(quán)部的碰撞时(shí)，可(kě)被观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的(de)迄今为止最好(hǎo)的(de)理论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留(liú)下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上(shàng)它们(men)之间的(de)温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们通过(guò)对前景背景(jǐng)分离后的(de)二(èr)值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结(jié)果。而(ér)暗物(wù)质的本(běn)质就是(shì)宇宙当中存在(zài)着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来(lái)相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于(yú)找(zhǎo)到了(le)暗(àn)物质存在的实(shí)际(jì)证(zhèng)据。这(zhè)种粒(lì)子(zi)到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找这些(xiē)不(bù)同(tóng)的目标粒子所需(xū)要的实(shí)验方式也不相(xiāng)同。在过去的(de)几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸(mō)不(bù)到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利(lì)的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的(de)地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年的(de)数据收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个(gè)有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科(kē)学家(jiā)认为这(zhè)可能(néng)是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗(àn)物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕着银(yín)河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也(yě)在(zài)以这(zhè)样的速度在穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个(gè)过程中会(huì)产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是一(yī)致的(de)，而另外半年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的(de)时(shí)候，地球(qiú)与太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)正好达(dá)到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越(yuè)暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实(shí)际的(de)情况中，太(tài)阳系(xì)相对银河(hé)系的平面(miàn)呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这(zhè)种年(nián)度(dù)周期(qī)信(xìn)号的差异(yì)也可(kě)能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客(kè)的(de)数量(liàng)也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南(nán)半(bàn)球(qiú)建立了一个几乎(hū)相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季(jì)节(jié)与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视(shì)场仪器(qì)提(tí)供的(de)视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质(zhì)背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实(shí)验(yàn)室(shì)粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们极有可能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗(àn)物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进(jìn)一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在通过这样的(de)效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这些(xiē)推论的大(dà)前提是(shì)要先找到(dào)暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支持是我更(gèng)新的动力！

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