宇宙是“人为制造(zào)”的？为何(hé)会存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过去的(de)几十年当中(zhōng)进行了超(chāo)过(guò)50次的(de)长期(qī)实验，但是却(què)没有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不(bù)符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一(yī)定有未(wèi)知的天体通过引力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的(de)异(yì)常，推算并且发(fā)现了海王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是这些发(fā)现都是(shì)在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者(zhě)是(shì)星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究(jiū)和测(cè)量后发(fā)星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团(tuán)的质量一般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量(liàng)的(de)范围。

第(dì)一种是(shì)获得其"光(guāng)度(dù)学(xué)的质量"，需(xū)要的(de)数据是测量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动(dòng)速(sù)度。当测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的(de)旁站巡视平行检验什么意思，平行检验包括哪些内容400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量(liàng)并不以(yǐ)可见光的(de)形(xíng)式所存在，我们(men)无(wú)法看到。最诡异的是，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)的速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的(de)引力是无法将它们束(shù)缚在星系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被(bèi)抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种力(lì)量(liàng)来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不(bù)可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才(cái)再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距离(lí)中心越远的恒星(xīng)在(zài)其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们(men)观测的(de)结果却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎(hū)保持不(bù)变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系(xì)当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它们(men)，这些(xiē)外(wài)围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一(yī)种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗(àn)物(wù)质的存在(zài)，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离星系(xì)中心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果(guǒ)，就(jiù)认(rèn)为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射电望(wàng)远镜测量了距离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合(hé)牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们(men)的太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行(xíng)计(jì)算，太阳系的(de)运行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220千(qiān)米/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种向心(xīn)加速度的(de)原因(yīn)很可能就(jiù)是存(cún)在(zài)着(zhe)一(yī)种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物(wù)质的(de)引(yǐn)力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是从(cóng)这(zhè)时开始，越来越多(duō)的(de)研究人员开始相信暗(àn)物质的(de)存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯(wéi)一(yī)可(kě)以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力(lì)效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但(dàn)是星(xīng)系当中存在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们(men)使用(yòng)最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是(shì)可以用正(zhèng)常的物(wù)质和(hé)力学定(dìng)律来解释的。那(nà)么(me)又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的(de)另(lìng)一(yī)个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用(yòng)则(zé)是不同(tóng)的(de)方式。对于在星系团之间(jiān)的(de)相互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的(de)概念，指的是在数百万光年的(de)规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着(zhe)我们(men)需要对现在(zài)的(de)物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很(hěn)多人认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的(de)理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所没(méi)法解释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的(de)普通(tōng)质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温度(dù)的(de)急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分(fēn)的(de)质量将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们(men)通(tōng)过什么来验证它的(de)质量(liàng)区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很(hěn)多(duō)星系似乎(hū)被拉(lā)伸产生(shēng)了巨(jù)大的(de)形(xíng)变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲(qū)了(le)，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什(shén)么(me)问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们(men)地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超(chāo)级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的(de)东西(xī)的引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远(yuǎn)星(xīng)系(xì)的(de)光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就(jiù)是(shì)引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨(jù)大的天(tiān)体可能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对子弹星(xīng)系(xì)团观测(cè)的(de)时候，发现它的(de)大(dà)质量区域(yù)并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的(de)解(jiě)释(shì)方法就是当星(xīng)团发生全(quán)部的(de)碰撞时(shí)，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物(wù)质(zhì)则(zé)直接通过(guò)了这(zhè)个(gè)区(qū)域，并在两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜研(yán)究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的迄(qì)今(jīn)为止最(zuì)好的(de)理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了。经过(guò)了130多(duō)亿年(nián)之(zhī)旁站巡视平行检验什么意思，平行检验包括哪些内容后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上留下了各相同性的(de)微波辐射(shè)。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差只(zhǐ)有万(wàn)分之一(yī)。

科学家们(men)通过对前景背景(jǐng)分(fēn)离后的(de)二值图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形看起来(lái)不(bù)应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物(wù)质大约(yuē)是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个(gè)简单(dān)的(de)理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子(zi)，它(tā)们不参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引力(lì)来相互(hù)作(zuò)用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是(shì)什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提(tí)出了数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的目标粒子所需要的实(shí)验(yàn)方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规(guī)物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中(zhōng)，藏(cáng)着(zhe)地球上最大(dà)的(de)地学(xué)实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了(le)20多(duō)年(nián)的数据(jù)收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个(gè)有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的(de)6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学(xué)家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物(wù)质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了(le)太阳(yáng)系正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕着银河(hé)系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月(yuè)份(fèn)的时候，地(dì)球与太阳的(de)方向正好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的(de)倾斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连(lián)意大利游客(kè)的数量(liàng)也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之(zhī)前的(de)实验室(shì)正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗物质流的(de)运动特(tè)征和(hé)第一(yī)个实验室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里可以得(dé)到相同(tóng)的信(xìn)号，就可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久，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它(tā)们极(jí)有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者(zhě)说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的实(shí)际(jì)证据(jù)。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是(shì)我更(gèng)新的动力(lì)！

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