宇宙是“人(rén)为(wèi)制造(zào)”的？为(wèi)何会存在(zài)科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的(de)证据(jù)，科学(xué)家们在过去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了超过(guò)50次的(de)长期实验，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文学家(jiā)们发现某些(xiē)天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常，不符合(hé)万(wàn)有引力定(dìng)律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过(guò)引力在摄动它(tā)的(de)轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异(yì)常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的例(lì)子。但(dàn)是这(zhè)些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者(zhě)是(shì)星团(tuán)的尺度(dù)，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的(de)质(zhì)量。这是一(yī)个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会(huì)使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一(yī)种是获得其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测(cè)量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中(zhōng)的各个星系相对(duì)于星系团的(de)运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动(dòng)力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系(xì)的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的质(zhì)量所产生(shēng)的引力是无法将它们(men)束缚在星系团内(nèi)的(de)，它们早就应(yīng)该被抛出星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来(lái)源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发(fā)散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)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(shàng)的运行速(sù)度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如果没(méi)有足(zú)够大的(de)质量来吸(xī)引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测(cè)量了距离星(xīng)系中心更远距(jù)离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是(shì)这些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家(jiā)根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研(yán)究当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速(sù)度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系(xì)不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上(shàng)，该(gāi)星系必须(xū)存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物(wù)质和力(lì)学定律来(lái)解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质的(de)假说之(zhī)外(wài)，另一种可(kě)能(néng)就是人类对(duì)引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能在(zài)不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星系和星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互作用(yòng)则(zé)是不同的方式(shì)。对于在(zài)星(xīng)系(xì)团(tuán)之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了(le)外(wài)部场效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的(de)质量之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们(men)需要(yào)对现(xiàn)在(zài)的物理(lǐ)定律进行修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质假说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还(hái)有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体(tǐ)的(de)相互作用就会导(dǎo)致温度的(de)急剧升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在(zài)理论上(shàng)，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的(de)质(zhì)量将位于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验证它的质(zhì)量区域到底是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清照片，在(zài)照(zhào)片中我们可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星系似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了(le)巨(jù)大的(de)形变。其实这(zhè)些星系本身并(bìng)不是(shì)真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超(chāo)大(dà)质量的东西(xī)的(de)引力，会使(shǐ)身(shēn)后更(gèng)遥(yáo)远星系的(de)光都(dōu)发(fā)生了(le)扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的(de)天(tiān)体(tǐ)可(kě)能是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者是(shì)暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹星系团观测(cè)的时候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域并不(bù)是在中(zhōng)间(jiān)，而(ér)是(shì)在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解(jiě)释方法就(jiù)是当星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到(dào)的质量气体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物(wù)质则直接通过(guò)了这个区(qū)域，并在(zài)两边形成了引力透(tòu)镜。对(duì)子(zi)弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存(cún)在(zài)的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性(xìng)的(de)微波(bō)辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的(de)区(qū)域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上它(tā)们(men)之(zhī)间的温差(chà)只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学(xué)家们(men)通(tōng)过(guò)对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域(yù)提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物(wù)质比(bǐ)例(lì)是一(yī)致的。这就意味着。

用了(le)一个简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗(àn)物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了(le)暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。这种粒子(zi)到底是什么(me)？科学(xué)家们已经提出(chū)了数十(shí)种(zhǒng)的(de)假想目(mù)标，而(ér)要(yào)寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去(qù)的几(jǐ)十年当中，人类为了(le)寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的(de)发(fā)现，除了一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这(zhè)个(gè)实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观测(cè)到了某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收集(jí)，人(rén)们发现了一(yī)个有趣(qù)的事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的(de)6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家认为(wèi)这(zhè)可能是(shì)人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会产生周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河系的方向是(shì)一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正好达到完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗(àn)物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的(de)情况中，太阳系相对银(yín)河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并(bìng)不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们(men)所观测到的周期性信号。当然也可能(néng)有其(qí)他(tā)的情况，造成(chéng)这(zhè)种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的(de)实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的运(yùn)动特(tè)征和第一(yī)个实验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的(de)证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目(mù)前(qián)还(hái)无法(fǎ)提供相应(yīng)的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射(shè)一台新的(de)望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途(tú)就是探索(suǒ)暗(àn)物(wù)质背后的(de)奥(ào)秘，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极有可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不(bù)会意味着人类(lèi)并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落(luò)的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这些推论的(de)大前提是要先找到暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动力！

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