宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为(wèi)何(hé)会存在(zài)科学无(wú)法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什(shén)么？人(rén)类(lèi)为了(le)寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的(de)几(jǐ)十(shí)年当中进行了(le)超过50次(cì)的(de)长期实验，但是(shì)却(què)没有发(fā)现任(rèn)何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发(fā)现某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周(zhō22寸是多少厘米u)围一定有(yǒu)未知的天体通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道(dào)的(de)异(yì)常，推(tuī)算(suàn)并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就的(de)例子(zi)。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或(huò)者是星团(tuán)的尺度(dù)，事(shì)情就开始变得(dé)诡(guǐ)异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发(fā)星(xīng)系(xì)团的质量。这(zhè)是一个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成(chéng)的(de)巨大星系团，这些星系(xì)被引力(lì)束缚(fù)在一(yī)起。测量星系团(tuán)的质量一般会使(shǐ)用到(dào)两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的(de)数据是(shì)测量各个(gè)星系(xì)的(de)光度。

第二种是动力学质(zhì)量(liàng)的(de)计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系(xì)相对于(yú)星(xīng)系团的运动速度。当(dāng)测(cè)量结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中很多星系(xì)的速度(dù)比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见星系的(de)质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量。只是(shì)当时的(de)人们(men)对这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才再一次(cì)出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒(héng)星在其(qí)轨道上的运行速(sù)度就会越(yuè)慢。但是他们观测的(de)结果却(què)让人感(gǎn)到(dào)不可思(sī)议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们(men)，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科(kē)学家(jiā)们(men)会使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计算，太(tài)阳系的(de)运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理论(lùn)速度，那么(me)产生以上这(zhè)种向心加速度的(de)原因很可能就(jiù)是存在(zài)着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越来越多(duō)的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占(zhàn)整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物(wù)质并(bìng)不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出(chū)现速度上的(de)微(wēi)小差(chà)异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(j22寸是多少厘米ù)离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但是(shì)星系(xì)当中存在的恒星数量(liàng)却只有银(yín)河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们(men)使用最(zuì)先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正(zhèng)常的(de)物质和力学(xué)定(dìng)律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个(gè)大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的(de)附(fù)近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类对引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力(lì)很可能在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的，这意(yì)味着在(zài)行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互(hù)作用(yòng)则是不同的方式。对于(yú)在(zài)星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还引入了(le)外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是(shì)在数百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着(zhe)我(wǒ)们需(xū)要对现在的物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于(yú)暗物(wù)质存在(zài)的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的(de)“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿(yì)光(guāng)年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星(xīng)系(xì)的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温度(dù)的(de)急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所(suǒ)在的中间区域(yù)。那么(me)我们通过什么(me)来验证它的(de)质量(liàng)区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空(22寸是多少厘米kōng)望远镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清照片，在照(zhào)片中我(wǒ)们(men)可以(yǐ)明(míng)显地(dì)看到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉(lā)伸产生了巨(jù)大的形变。其实(shí)这些星(xīng)系本身并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了(le)什(shén)么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和(hé)我们地(dì)球上的(de)观测者之间。被一(yī)个(gè)质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子(zi)弹星系(xì)团观测(cè)的时(shí)候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是(shì)当星团(tuán)发生全(quán)部(bù)的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量(liàng)气(qì)体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了(le)这个区域，并在(zài)两边形成了(le)引力透(tòu)镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研(yán)究(jiū)也被认为(wèi)是(shì)暗物质存(cún)在的迄(qì)今为止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度(dù)较(jiào)高(gāo)的区域(yù)，蓝色则(zé)表(biǎo)示(shì)相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后的二值图(tú)像进行连通(tōng)域提(tí)取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗(àn)物质，图(tú)形看起来(lái)不应该是(shì)这样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物质大约是(shì)普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的观测结(jié)果。而(ér)暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以(yǐ)如果能(néng)够找到(dào)这种粒子(zi)的(de)存在，就(jiù)相当于找到了(le)暗(àn)物质存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到(dào)底(dǐ)是(shì)什么？科(kē)学家(jiā)们已经提出(chū)了数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质(zhì)相(xiāng)互(hù)作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却(què)没有任何(hé)实质性的发(fā)现(xiàn)，除了(le)一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在(zài)山下(xià)1400米(mǐ)处的地(dì)下(xià)矿井当(dāng)中，藏(cáng)着(zhe)地球上(shàng)最(zuì)大(dà)的地学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三(sān)层楼高的(de)探测(cè)器，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声称观测到了(le)某(mǒu)种信(xìn)号。经(jīng)过了(le)20多年的数据(jù)收集(jí)，人们发(fā)现(xiàn)了一个有趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会(huì)在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年(nián)都是(shì)一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质(zhì)的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也(yě)在以这样的速度(dù)在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流(liú)，这个(gè)过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所(suǒ)以有(yǒu)半(bàn)年(nián)的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太(tài)阳的(de)方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全(quán)一致(zhì)，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰(qià)好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们(men)所观测到的周期(qī)性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年(nián)度周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半(bàn)球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特(tè)征和第(dì)一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得到(dào)相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有(yǒu)力(lì)的(de)证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是(shì)探索暗(àn)物质背后的(de)奥秘(mì)，对于探测的(de)结果(guǒ)，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化(huà)的(de)一个重(zhòng)要因素(sù)。

如(rú)果这一(yī)理(lǐ)论得到(dào)进一步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过这(zhè)样的效应创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的大前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞(zàn)，你的(de)支持(chí)是我(wǒ)更新的(de)动力！

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