宇(yǔ)宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何(hé)会(huì)存(cún)在(zài)科学无(wú)法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了(le)寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但是(shì)却没有发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数学原(yuán)理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了(le)万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后的(de)几百年来，当天文(wén)学家们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万(wàn)有引力定(dìng)律的时(shí)候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围一定有未(wèi)知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天(tiān)文成(chéng)就的(de)例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们(men)上(shàng)升到星系或(huò)者(zhě)是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研(yán)究和测量后发星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束(shù)缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量(liàng)的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数(shù)据是测(cè)量各个(gè)星系的光度。

第(dì)二种是动力(lì)学质量的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的(de)各个星(xīng)系(xì)羽生结弦说为什么努力得不到回报，羽生结弦近视多少度相(xiāng)对(duì)于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可(kě)见(jiàn)光的(de)形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团(tuán)中很多星(xīng)系(xì)的速(sù)度比理论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量(liàng)所产生的引力(lì)是(shì)无法将它们(men)束(shù)缚(fù)在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们(men)对(duì)这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才(cái)再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特(tè)福特在(zài)观(guān)测仙女座(zuò)星系中的(de)恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人(rén)感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星(xīng)系当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家(jiā)们会使用一(yī)种(zhǒng)相对(duì)标准的方(fāng)法来解释暗物质的(de)存(cún)在(zài)，这种方(fāng)法就(jiù)是(shì)测量星系当中气体在X轴上距(jù)离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异(yì)常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通(tōng)过射(shè)电望(wàng)远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系(xì)位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的(de)运行速度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因很可能(néng)就是(shì)存在(zài)着一种我们看不(bù)到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚集在(zài)了一起。

也是从这(zhè)时(shí)开(kāi)始，越来越多(duō)的研究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的(de)质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度(dù)上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还(hái)发现了一个反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银(yín)河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学家们使用(yòng)最(zuì)先(xiān)进(jìn)的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测羽生结弦说为什么努力得不到回报，羽生结弦近视多少度量(liàng)之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是(shì)可以用(yòng)正常的物质(zhì)和(hé)力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被附近的另一(yī)个(gè)大星系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没有任何星(xīng)系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是(shì)人类(lèi)对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方(fāng)式(shì)是不(bù)同(tóng)的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是(shì)上(shàng)升(shēng)到星系(xì)和星团的(de)尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互(hù)作用则是(shì)不同的方式(shì)。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在(zài)数百万光年的规模上(shàng)，巨大的(de)质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需(xū)要(yào)对(duì)现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团，它(tā)们大(dà)部分的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际(jì)气(qì)体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧(jù)升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在(zài)的中间区域。那么我们通(tōng)过(guò)什么来验(yàn)证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们可以明(míng)显地(dì)看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极(jí)遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球(qiú)上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引(yǐn)力(lì)，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的(de)天(tiān)体可能(néng)是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的(de)大质量区域并不是在中间，而(ér)是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质(zhì)则(zé)直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团的(de)引力透(tòu)镜研究也被认(rèn)为是暗(àn)物质存在(zài)的迄今为止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻地(dì)穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各(gè)相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的(de)区域，但实(shí)际上它(tā)们之间的(de)温差只有万(wàn)分(fēn)之一(yī)。

科学(xué)家(jiā)们通过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的二(èr)值图像进行(xíng)连(lián)通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来(lái)不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大(dà)约(yuē)是普通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字与(yǔ)解(jiě)释(shì)星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就(jiù)意(yì)味着(zhe)。

用了(le)一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好(hǎo)地(dì)解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过(guò)引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如(rú)果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么(me)？科学家们(men)已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实(shí)验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去的(de)几十年当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相(xiāng)互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质性的(de)发(fā)现，除了一个地方，意(yì)大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三(sān)层楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的(de)周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科学(xué)家声称观测到(dào)了(le)某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳系正在(zài)以220公里/秒的(de)速度围绕着银(yín)河系进行移动，那(nà)么如果暗物(wù)质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳的(de)方向与太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的(de)有效性(xìng)。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的(de)周期性信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量(liàng)也符合这个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南(nán)半球建立了一(yī)个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之(zhī)前的实(shí)验(yàn)室(shì)正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流(liú)的运动特(tè)征和第(dì)一个实验室是(shì)一样的(de)。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存(cún)在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截(jié)至目前还(hái)无(wú)法提供相应(yīng)的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是(shì)哈勃红(hóng)外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能(néng)拭(shì)目(mù)以待了。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一(yī)种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一(yī)理论得到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质(zhì)会(huì)不(bù)会(huì)意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的(de)行星(xīng)上，暗物(wù)质(zhì)正在通(tōng)过这样的(de)效应创造(zào)生命(mìng)。当然(rán)，这些推论的(de)大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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