宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何会存在科学无(wú)法解(jiě)释(shì)的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗(àn)物质存在的(de)证据，科(kē)学家们在过去的几十年当(dāng)中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿(dùn)发表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合(hé)万有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知(zhī)的(de)天体(tǐ)通过引力在摄动(dòng)它的轨道。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(cháng)，推算并且发现(xiàn)了海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发(fā)现都是应(yīng)用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是(shì)一个由数千(qiān)个星系所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚(fù)在(zài)一起。测量星系团的质量(liàng)一(yī)般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获(huò)得(dé)其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测量各(gè)个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是(shì)利(lì)用(yòng)光谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结(jié)果出(chū)来之后(hòu)，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可(kě)见光(guāng)的形式(shì)所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基(jī)发现星(xīng)系团中(zhōng)很多星系(xì)的(de)速度比理论上要(yào)快得多(duō)，按(àn)照牛(niú)顿的运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系(xì)的(de)质量所产生(shēng)的(de)引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚(fù)在星系团内的(de)，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维(wéi)基(jī)提(tí)出了这样部分(fēn)不(bù)可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的(de)恒(héng)星运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的(de)旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在(zài)星(xīng)系当(dāng)中如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸引它们(men)，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的距(jù)离(lí)，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速度(dù)。如果出(chū)现异常的(de)结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星系中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素(sù)，发现(xiàn)它(tā)们(men)的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们(men)的太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位于银(yín)河(hé)系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度应(yīng)该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实(shí)际速度(dù)远远大于理论速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向(xiàng)心加(jiā)速(sù)度的原因很(hěn)可能就是存在(zài)着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物(wù)质的(de)存在。科学(xué)家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)的原因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在(zài)的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的(de)千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正常的物质和力学(xué)定律来(lái)解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何(hé)星(xīng)系(xì)存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的(de)工(gōng)作方式(shì)是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们的(de)轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的方(fāng)式(shì)。对于在星系团之间(jiān)的相互(hù)作(zuò)用，科学(xué)家还引入了(le)外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生(shēng)对彼此特(tè)殊的效果，这个(gè)理论叫做M无菌蛋是什么，无菌蛋是什么蛋OND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存(cún)在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据(jù)是(shì)蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分的(de)普通(tōng)质量都在星系的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是(shì)集中在(zài)中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出(chū)了(le)什么(me)问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远的(de)天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的(de)光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹星系团(tuán)观测(cè)的时候，发现它的大质量(liàng)区域并(bìng)不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部(bù)的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见光终于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留(liú)下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高(gāo)的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域，但实际(jì)上它们(men)之间的温差只(z无菌蛋是什么，无菌蛋是什么蛋hǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们(men)通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后(hòu)发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质(zhì)，图(tú)形看(kàn)起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个简单的(de)理论框架(jià)，就(jiù)很好地(dì)解释了(le)很多(duō)不同(tóng)的观测结(jié)果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种无菌蛋是什么，无菌蛋是什么蛋类型的粒子，它们(men)不(bù)参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种粒子的(de)存(cún)在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出(chū)了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的实验(yàn)方式也不相同。在过去的(de)几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用(yòng)的(de)“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经(jīng)进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了(le)一(yī)个地方，意大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个(gè)三(sān)层楼高的探测(cè)器，一(yī)直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率(lǜ)会在(zài)每年的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然(rán)后在11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为这(zhè)可(kě)能是人(rén)类发(fā)现暗物(wù)质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生(shēng)相(xiāng)应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河(hé)系的(de)方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可以用来解释(shì)，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到(dào)的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的(de)情况，造成这种年(nián)度(dù)周期信号的差异(yì)也(yě)可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大(dà)利(lì)游(yóu)客的(de)数量也符(fú)合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室(shì)，这里的(de)季(jì)节与之前(qián)的实(shí)验室正好相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗(àn)物质流(liú)的(de)运动特征和第一(yī)个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存(cún)在的(de)非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了(le)。但是(shì)由于这(zhè)个实验室刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还(hái)无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关键的用途(tú)就是探索暗物(wù)质背后(hòu)的(de)奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发(fā)现，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们极有可(kě)能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生(shēng)，或(huò)者说是生命进(jìn)化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物(wù)质会不(bù)会(huì)意味着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的(de)动力！

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