宇宙(zhòu)是(shì)“人(rén)为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗(àn)物(wù)质又(yòu)究竟(jìng)是(shì)什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过(guò)去的(de)几十年当中进(jìn)行了超(chāo)过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几(jǐ)百年(nián)来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时(shí)候，他(tā)们就会(huì)知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的(de)异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都(dōu)是(shì)应用万有引力定律所取得重大(dà)天文成就的(de)例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系(xì)或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和(hé)测量后发星系团的质量(liàng)。这是一个(gè)由(yóu)数千(qiān)个星系所(suǒ)组成的(de)巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星(xīng)系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就(jiù)可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度学的质量"，需要(yào)的(de)数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第(dì)二种是动(dòng)力学(xué)质量的计(jì)算，是(shì)利(lì)用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团中的各个星系相对(duì)于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出(chū)来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味(wèi)着，后发(fā)座星(xīng)系团(tuán)有(yǒu)99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并(bìng)不(bù)以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的(de)是(shì)，在测量(liàng)速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很(hěn)多星系的(de)速度比理(lǐ)论(lùn)上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系的(de)质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该被抛出(chū)星系(xì)团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在(zài)起作用，这(zhè)种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗(àn)质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时(shí)的人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个(gè)词才(cái)再一(yī)次(cì)出(chū)现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理(lǐ)论上来(lái)说(shuō)，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是(shì)他(tā)们观测的结果却让人感到不可(kě)思(sī)议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几(jǐ)乎(hū)保持不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们(men)，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种相对(duì)标准的方法来解(jiě)释暗物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就是测量(liàng)星系当(dāng)中气(qì)体在X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质(zhì)的力(lì)量进入(rù)其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通(tōng)过(guò)射电望远镜(jìng)测(cè)量了距离星(xīng)系(xì)中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力(lì)学定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河系(xì)旋转，这个(gè)实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引力(lì)效(xiào)应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科(kē)学(xué)家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算在星系当中暗(àn)物质的(de)质量占整(zhěng)个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解(jiě)释这个现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现速度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学(xué)家还(hái)发现了一(yī)个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河(hé)系(xì)不(bù)多，但(dàn)是(shì)星(xīng)系当中存在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银河(hé)系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是(shì)科学(xué)家们使用(yòng)最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小时(shí)的详细测量(liàng)之(zhī)后(hòu)，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存(cún)在(zài)。造(zào)成这些现象的除(chú)了暗(àn)物质的假说之外，另(lìng)一种可(kě)能就是人类(lèi)对(duì)引力的理解还(hái)不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的(de)工作(zuò)方式是不同(tóng)的(de)，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间(jiān)的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间的相互(hù)作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也让很多人(rén)认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团，它们(men)大部分的(de)普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作(zuò)用就会导致温度(dù)的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低(dī)。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在(zài)的中间区(qū)域。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量区域(yù)到底是(shì)不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张全(quán)彩的高清照(zhào)片，在照片中我们(men)可(kě)以明显(xiǎn)地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实(shí)这些星系(xì)本身并(bìng)不是(shì)真的(de)被(bèi)扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的(de)天(tiān)体和我们地球上(shàng)的观测者(zhě)之(zhī)间(jiān)。被一个质量超级巨大(dà)的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超大质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星系团观测(cè)的时候，发(fā)现它的(de)大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧(cè)。所(suǒ)以最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是当星团(tuán)发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气(qì)体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力(lì)透镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了(le)各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色(sè)的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通过(guò)对(duì)前景(jǐng)背景分离(lí)后(hòu)的二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后(hòu)发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的(de)增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看(kàn)起(qǐ)来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微(wēi)波(bō)背景(jǐng)辐(fú)射的(de)测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物质大(dà)约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好(hǎo)地(dì)解释(shì)了很多不同的观(guān)测结(jié)果。而暗物质一般动画一秒多少帧，逐帧动画一秒多少帧的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们(men)不参与(yǔ)任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的(de)存在，就(jiù)相当于(yú)找到(dào)了暗(àn)物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去的几十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学家声称观测到了(le)某种信(xìn)号(hào)。经过了20多(duō)年(nián)的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每(měi)年(nián)都(dōu)是一样。一些(xiē)科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可(kě)能是(shì)人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的(de)年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正一般动画一秒多少帧，逐帧动画一秒多少帧(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速(sù)度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕太阳的(de)方向与太阳(yáng)环绕银(yín)河系(xì)的(de)方向是一(yī)致的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到完(wán)全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情(qíng)况(kuàng)中，太(tài)阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来解释，研(yán)究人员们(men)所观测(cè)到的周期性信(xìn)号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号的差异(yì)也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期的(de)规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的(de)实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而(ér)在这(zhè)里(lǐ)，地(dì)球穿过暗(àn)物质(zhì)流(liú)的运(yùn)动特征和(hé)第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存在(zài)的(de)非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以(yǐ)截(jié)至目前(qián)还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视(shì)野是(shì)哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实验室(shì)粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者说(shuō)是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得(dé)到进一步的(de)证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味(wèi)着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到(dào)暗物质(zhì)存在的实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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