宇宙是(shì)“人(rén)为(wèi)制造”的？为(wèi)何会(huì)存(cún)在(zài)科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为(wèi)了(le)寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过(guò)50次的长期(qī)实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天体(tǐ)运行轨(guǐ)道(dào)出(chū)现异常，不符(fú)合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海王星谢谢谬赞经典回复，过誉和谬赞的区别的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的(de)发(fā)现(xiàn)都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文(wén)成就(jiù)的(de)例子。但是这些发现都是(shì)在恒星(xīng)系统(tǒng)的(de)尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团(tuán)的(de)质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团，这些星系(xì)被(bèi)引力束缚(fù)在(zài)一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光度学的(de)质(zhì)量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量(liàng)星系团中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量(liàng)消失了，或者说这99%的(de)质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星(xīng)系(xì)团中很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量(liàng)所产(chǎn)生的引力是无法将它们(men)束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它(tā)们早(zǎo)就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某(mǒu)种隐(yǐn)形的(de)物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再一次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座(zuò)星系(xì)中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是(shì)他们观(guān)测的(de)结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系(xì)当中如果没有足够大的质(zhì)量来(lái)吸(xī)引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的(de)方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质(zhì)的(de)存(cún)在，这(zhè)种方(fāng)法就是测(cè)量星系当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离星系中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的(de)力量进入(rù)其(qí)中。

于(yú)是科学家们(men)通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离(lí)的氢元(yuán)素，发现它(tā)们(men)的旋转速度(dù)并(bìng)不符合牛顿的力(lì)学定律。我们(men)的太阳系(xì)也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运(yùn)行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于(yú)理论速度(dù)，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质，是这些暗物(wù)质的引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一(yī)项(xiàng)新的(de)研究当中，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天文学家(jiā)还(hái)发(fā)现了一(yī)个(gè)反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论(lùn)上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的(de)物质和(hé)力(lì)学定律来解释的。那么又有人(rén)提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的(de)是(shì)，它的(de)附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人(rén)类对(duì)引力(lì)的理解还不(bù)够全(quán)面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同的(de)方式。对(duì)于(yú)在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入(rù)了外部场效(xiào)应的(de)概念，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的(de)规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味着我们需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这些发现(xiàn)也让很多(duō)人(rén)认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他的理论(lùn)证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的(de)星系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温(wēn)度的(de)急剧升(shēng)高(gāo)，速度(dù)大(dà)幅(fú)降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大(dà)部分的质(zhì)量将(jiāng)位于所(suǒ)有这(zhè)些(xiē)气体(tǐ)所在(zài)的中间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过(guò)什么来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了(le)巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们(men)地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大(dà)的(de)天(tiān)体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西(xī)的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可(kě)能是(shì)超大质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的(de)时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存(cún)在的迄(qì)今为止最(zuì)好的理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色的部(bù)分表示温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较冷的(de)区域(yù)，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们(men)通过对(duì)前景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像进(jìn)行连通域(yù)提(tí)取(qǔ)和标记(jì)之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要(yào)的(de)暗物质(zhì)比例是一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理论框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释(shì)了很多不同的观测结(jié)果。而暗(àn)物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果(guǒ)能(néng)够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了(le)暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家(jiā)们(men)已经(jīng)提出了数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子(zi)所(suǒ)需要(yào)的实验方式也不相(xiāng)同(tóng)。在(zài)过去的几十(shí)年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物质相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性(xìng)的(de)发(fā)现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上(shàng)最(zuì)大的地(dì)学实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的(de)周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学(xué)家声称观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的(de)事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可能是(shì)人类发现暗物(wù)质的第(dì)一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周(zhōu)期(qī)性的(de)年度(dù)信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕着银河系进行移(yí)动，那(nà)么(me)如(rú)果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中会产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地(dì)球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球与太阳的(de)方向正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对(duì)银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可(kě)以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当然也可(kě)能有其(qí)他(tā)的(de)情况，造(zào)成这种年度周期(qī)信(xìn)号的差异(yì)也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家(jiā)们又在(zài)南半球(qiú)建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的(de)实(shí)验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流的运动(dòng)特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到相同的信号，就可(kě)以成为暗(àn)物(wù)质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台(tái)太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的(de)宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目(mù)以待了。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥(yōng)有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的(de)效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进化(huà)的(de)一(yī)个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进一(yī)步的证实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先(xiān)找到(dào)暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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