宇宙是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人类为了寻(xún)找暗(àn)物质存在的(de)证据，科学家们在过(guò)去的几十(shí)年当中进行(xíng)了超过50次的长期实(shí)验，但是却没(méi)有发(fā)现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来(lái)，当天文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过(guò)引力在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道(dào)的(de)异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海王(wáng)星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应用万有引力(lì)定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文成(chéng)就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星(xīng)系团的质(zhì)量(liàng)。这(zhè)是一(yī)个由数千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数(shù)据是测量(liàng)各(gè)个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各(gè)个星系相对(duì)于星(xīng)系团的运(yùn)动速度(dù)。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星(xīng)系(xì)团(tuán)中很多星(xīng)系(xì)的速度比理论上(shàng)要快得多(duō)，按照牛顿的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这(zhè)些可见星系(xì)的质量所产(chǎn)生的(de)引力是(shì)无(wú)法将(jiāng)它(tā)们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系(xì)团之外了(le)，除非有一种神(shén)秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部(bù)分(fēn)不(bù)可见的暗质，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但(dàn)是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是(shì)当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是(shì)他们观(guān)测的(de)结果(guǒ)却(què)让人(rén)感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可(kě)是根据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的方法来(lái)解释(shì)暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量(liàng)星(xīng)系当中(zhōng)气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出(chū)现异(yì)常的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物(wù)质(zhì)的力量进(jìn)入(rù)其(qí)中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力(lì)学(xué)定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银(yín)河系的(de)第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年(nián)，根据(jù)万有引力(lì)定律进行计算，太(tài)阳系的运行(xíng)速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原因(yīn)很(hěn)可(kě)能就(jiù)是存在着(zhe)一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的(de)引力(lì)效应将星(xīng)系(xì)聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是(shì)从(cóng)这时(shí)开始，越(yuè)来越多的研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗(àn)物(wù)质的质量占整个(gè)星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解释(shì)这(zhè)个现象的(de)原因(yīn)。在一项新(xīn)的(de)研究当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文(wén)学(xué)家(jiā)还发现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系(xì)不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运动是可以用正常的物质和力(lì)学(xué)定律来(lái)解释(shì)的。那(nà)么又有人提出高宽深用什么字母表示什么，高宽深用什么字母表示出来，也许该星系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附近的(de)另一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何(hé)星系存在(zài)。造(zào)成这些(xiē)现象的(de)除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是(shì)人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力(lì)很可能在不同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着它(tā)们的(de)轨道(dào)，按照我(wǒ)们(men)所理解高宽深用什么字母表示什么，高宽深用什么字母表示出来的方(fāng)式运动。但是(shì)上升到星系和(hé)星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互(hù)作用(yòng)则(zé)是(shì)不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会(huì)产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公(gōng)里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用(yòng)就会导致温(wēn)度的急(jí)剧升高(gāo)，速度(dù)大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在(zài)的中间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量区域(yù)到底是不(bù)是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片，在照(zhào)片中我(wǒ)们可(kě)以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其实这些星系(xì)本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的(de)天(tiān)体可能(néng)是(shì)超大(dà)质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是(shì)暗(àn)物(wù)质。

所以当(dāng)人(rén)们(men)对(duì)子弹星系团观测(cè)的(de)时候，发现它的大(dà)质量(liàng)区(qū)域并不(bù)是(shì)在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是当星团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的质量(liàng)气(qì)体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了(le)引力透(tòu)镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的(de)引力透镜研究也被认为是(shì)暗(àn)物质存在(zài)的迄今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过(guò)了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之(zhī)一。

科学家(jiā)们通过对前(qián)景背景分离后(hòu)的二值(zhí)图像进行连(lián)通域提取和(hé)标(biāo)记之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在(zài)着某种类(lèi)型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的(de)电磁(cí)作用，只通(tōng)过(guò)引力(lì)来相互(hù)作用。所以如(rú)果能(néng)够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的(de)实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实验方式也(yě)不相同。在过去的几十(shí)年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的(de)地学(xué)实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致(zhì)力(lì)于(yú)寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来(lái)，这(zhè)里的(de)科学(xué)家声称观测到了某种信(xìn)号。经过(guò)了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而且在(zài)20年当中每(měi)年都是一样。一些科学(xué)家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可能是(shì)人类发(fā)现暗物(wù)质的第(dì)一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会产生周(zhōu)期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河(hé)系进(jìn)行移(yí)动，那么如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我们(men)也在以这样的(de)速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到(dào)完全(quán)一致，这是理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对银(yín)河系(xì)的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的(de)有效性(xìng)。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研(yán)究人(rén)员们所观测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号(hào)的差异也可能是温度(dù)、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的(de)数(shù)量也符(fú)合(hé)这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家(jiā)们又在南(nán)半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的(de)季节与之前的实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的(de)运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟(gēn)哈勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭(shì)目(mù)以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个(gè)重要(yào)因(yīn)素。

如(rú)果(guǒ)这(zhè)一(yī)理论(lùn)得到(dào)进一步的(de)证实(shí)，那(nà)么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的(de)行星上，暗(àn)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找到暗物质存在的实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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