宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物质存在(zài)的证据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实(shí)验，但是却没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当(dāng)天文学家们(men)发现某些天体运行(xíng)轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的(de)时候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取得重大天文(wén)成(chéng)就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系团(tuán)的质量(liàng)。这是(shì)一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一(yī)起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结(jié)果一致，就可(kě)以确(què)定其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是(shì)获得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需要(yào)的数据是测量各(gè)个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的(de)计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团中的各个(gè)星系相对于星系团的运动速度(dù)。当测量(liàng)结果出来之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们(men)无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中(zhōng)，兹(zī)威基发(fā)现星系团(tuán)中很多星系(xì)的(de)速度(dù)比理论上要快(kuài)得(dé)多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系的(de)质量(liàng)所产生(shēng)的(de)引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的(de)力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只是(shì)当时(shí)的人们(men)对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福特(tè)在(zài)观(guān)测仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是(shì)他们(men)观测的结果却(què)让人(rén)感到不可(kě)思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持(chí)不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的(de)万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大(dà)的(de)质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒(héng)星早(zǎo)就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相(xiāng)对标准的方法来解释(shì)暗物质的(de)存(cún)在(zài)，这种方法就(jiù)是测(cè)量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质(zhì)的力(lì)量(liàng)进入(rù)其(qí)中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通(tōng)过射(shè)电望远镜测量了距(jù)离星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符(fú)合牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我们(men)的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于(yú)银(yín)河系的第三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这(zhè)种向心加速度的原(yuán)因很(hěn)可能就是存在(zài)着一种我们(men)看不(bù)到的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在(zài)。科(kē)学(xué)家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨(guǐ)道(dào)的速(sù)度，估(gū)算在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是唯一可以解释(shì)这(zhè)个(gè)现象的原因。在一项新(xīn)的研(yán)究当中(zhōng)，科(kē)学家(jiā)们发(fā)现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应(yīng)的(de)遥(yáo)远恒(héng)星之间(jiān)，也会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系当中存(cún)在的恒星数量(liàng)却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们(men)使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物(wù)质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近(jìn)没有任何星系(xì)存在。造成(chéng)这些(xiē)现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一种可(kě)能就是人类(lèi)对(duì)引(yǐn)力的(de)理解(jiě)还不够全面，引力很可能(néng)在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中(zhōng)的(de)工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们(men)的轨(guǐ)道，按(àn)照我们(men)所(suǒ)理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互(hù)作用则(zé)是不同的(de)方(fāng)式。对于在星系团之间的(de)相互作用(yòng)，科(kē)学家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现也(yě)让很多人认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗(àn)物质(zhì)存在的其(qí)他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大(dà)部分(fēn)的(de)普通质(zhì)量都在(zài)星系的(de)气(qì)体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气(qì)体的相互作用就会导致(zhì)温(wēn)度(dù)的(de)急剧升高三公里是多少米，三公里是多少米(gāo)，速度大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大部(bù)分的(de)质量将位(wèi)于(yú)所有这些气体所在(zài)的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在(zài)中间(jiān)呢？前(qián)不(bù)久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第(dì)一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其实这些(xiē)星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地(dì)球(qiú)上的观测(cè)者之间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是(shì)引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系(xì)团观测的时候，发现它的(de)大质量(liàng)区(qū)域并不是在中(zhōng)间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就是当星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的(de)质量气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射(shè)。其(qí)中红(hóng)色(sè)的部(bù)分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它(tā)们之间的(de)温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连(lián)通域提取和标(biāo)记(jì)之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗(àn)物质，图(tú)形看起来(lái)不应该是这样的(de)，而(ér)随着(zhe)暗(àn)物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数(shù)字与解释(shì)星(xīng)系当中恒星(xīng)运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这(zhè)就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很好地(dì)解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒(lì)子(zi)的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实(shí)际(jì)证(zhèng)据(jù)。这种粒子(zi)到(dào)底是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经(jīng)提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标(biāo)粒(lì)子所需要的(de)实验(yàn)方式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了(le)一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一(yī)直致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当中每年(nián)都是(shì)一样。一(yī)些科学家认(rèn)为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性的年度信号(hà三公里是多少米，三公里是多少米o)呢(ne)？刚才(cái)我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是一(yī)致的(de)，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的(de)方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最(zuì)快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈(chéng)现了(le)60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不(bù)影(yǐng)响(xiǎng)这(zhè)个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这可(kě)以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们(men)所观(guān)测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这(zhè)种年度周期信号的(de)差异也(yě)可能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物质流的(de)运(yùn)动特征和(hé)第(dì)一(yī)个实(shí)验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同的(de)信(xìn)号，就可以成为暗(àn)物(wù)质所存在(zài)的非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建成不久，所以截(jié)至目前(qián)还无法提(tí)供相应(yīng)的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈(hā)勃望(wàng)远(yuǎn)镜相(xiāng)同(tóng)，但它(tā)的(de)宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键的用(yòng)途(tú)就是(shì)探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒(lì)子(zi)天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能(néng)拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命(mìng)进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得(dé)到(dào)进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着(zhe)人(rén)类并(bìng)不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质(zhì)正(zhèng)在通过这(zhè)样的效(xiào)应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。那(nà)么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是(shì)我更新的(de)动力！

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