宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在(zài)的证据，科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)在过去的几十年当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据(jù)。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天(tiān)体运动(dòng)的(de)规(guī)律。往后的几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时候，他们(men)就会知道(dào)，周围一(yī)定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是(shì)应用万有引力(lì)定(dìng)律所取得重大天文(wén)成就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升(shēng)到星(xīng)系(xì)或者是(shì)星团的尺度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基(jī)正在研究和测(cè)量后发星系团的(de)质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系(xì)团的质量一般(bān)会使用到(dào)两(liǎng)种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测(cè)量各个星(xīng)系的(de)光度(dù)。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系团中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上要(yào)快得(dé)多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系(xì)的质(zhì)量所产生(shēng)的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被(bèi)抛(pāo)出星(xīng)系团之外(wài)了(le)，除非天津面积多少平方公里有一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起作用，这(zhè)种力(lì)量(liàng)来源于某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基(jī)提(tí)出(chū)了这(zhè)样部分不(bù)可见的(de)暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当(dāng)时的人们(men)对这样的一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出(chū)现(xiàn)。天(tiān)文学(xué)家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特(tè)福(fú)特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他(tā)们观测的结果(guǒ)却让人感到不可(kě)思议。

随(suí)着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足(zú)够(gòu)大的质量来吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测(cè)量星系当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果出现异常(cháng)的结(jié)果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入其中。

于(yú)是(shì)科学家们通过(guò)射电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的(de)太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳系位于银(yín)河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系的运(yùn)行速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么(me)产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将(jiāng)星系(xì)聚(jù)集(jí)在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根(gēn)据星(xīng)系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量(liàng)占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯(wéi)一可(kě)以解释这个现象的(de)原因。在(zài)一(yī)项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学(xué)家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度(dù)上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒(héng)星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发现星系中的(de)恒星运动是可(kě)以用正常的物质和力(lì)学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的(de)除了(le)暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就(jiù)是(shì)人类对引(yǐn)力(lì)的理解(jiě)还(hái)不够(gòu)全面，引力很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会(huì)沿着它(tā)们的(de)轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的(de)方(fāng)式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互(hù)作用则是不(bù)同的方式。对(duì)于在星(xīng)系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在(zài)数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间(jiān)会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认为暗(àn)物(wù)质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结(jié)。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大(dà)部分(fēn)的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)大(dà)部(bù)分的质量将位于(yú)所(suǒ)有(yǒu)这些气体(tǐ)所在(zài)的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什么来(lái)验证它(tā)的质量区域到(dào)底是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们(men)可(kě)以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的(de)被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体和(hé)我们地(dì)球上的观测者之间。被(bèi)一个质量(liàng)超级(jí)巨大(dà)的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可(kě)能是超大(dà)质量的(de)黑洞(dòng)或者(zhě)是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们(men)对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团观测(cè)的(de)时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了(le)各相同性的微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后的二(èr)值图(tú)像进行(xíng)连通域(yù)提取和标记之后发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不(bù)应该是这(zhè)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(biàn)得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通物(wù)质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释星(xīng)系(xì)当(dāng)中恒星运动所需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了(le)很多(duō)不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子(zi)到(dào)底是什么(me)？科学(xué)家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而(ér)要寻找这(zhè)些(xiē)不同的(de)目(mù)标粒(lì)子(zi)所(suǒ)需要的(de)实(shí)验方式也不相同(tóng)。在(zài)过去的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相互(hù)作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的(de)发现，除了(le)一(yī)个(gè)地(dì)方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑(bēi)斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的(de)地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实(shí)验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观(guān)测到(dào)了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经(jīng)过了(le)20多年的(de)数据(jù)收集，人(rén)们发现了一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物(wù)质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么(me)如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着(zhe)我们(men)也在以这样(yàng)的速度(dù)在(zài)穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳(yáng)进(jìn)行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳的方向与太阳(yáng)环绕银(yín)河系(xì)的方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外半年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完(wán)全(quán)一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管(guǎn)在(zài)实际的(de)情况(kuàng)中，太阳(yáng)系(xì)相对银河(hé)系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并(bìng)不影响这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究人(rén)员们所观(guān)测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这(zhè)种年度周期(qī)信号的(de)差异也可(kě)能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中(zhōng)的(de)水分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意(yì)大利(lì)游客的(de)数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)又(yòu)在南半(bàn)球(qiú)建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实(shí)验(yàn)室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流(liú)的运(yùn)动特征和(hé)第一个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有力的证据(jù)了。但是由于这个实(shí)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(shù)据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的(de)望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视(shì)场仪器提供的视(shì)野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一个关键的(de)用途(tú)就是探索暗物(wù)质背后的(de)奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的(de)科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有(yǒu)可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质会(huì)不会意味(wèi)着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落(luò)的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当(dāng)然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存(cún)在(zài)的实(shí)际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉(jué)得暗物质(zhì)到(dào)底(dǐ)存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力(lì)！

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