宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么？人(rén)类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当(dāng)中(zhōng)进行(xíng)了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何的有(yǒu)效证(zhèng)据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天(tiān)文学家们发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例(lì)子。但是这些(xiē)发(fā)现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是星团(tuán)的(de)尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测(cè)量后发(fā)星(xīng)系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力(lì)束缚(fù)在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可(kě)以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需(xū)要的数据是测量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第(dì)二(èr)种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算，是利(lì)用(yòng)光(guāng)谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对(duì)于星(xīng)系团的运动(dòng)速(sù)度。当测(cè)量结(jié)果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存在(zài)，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很(hěn)多(duō)星系的速度比理论上(shàng)要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生(shēng)的引力是无法将(jiāng)它(tā)们束缚(fù)在星系团(tuán)内(nèi)的(de)，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们(men)却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的(de)质(zhì)量。只是当时的人们对(duì)这样(yàng)的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个(gè)词(cí)才(cái)再(zài)一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒(héng)星运动。理论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会(huì)越(yuè)慢(màn)。但是他们(men)观测(cè)的结(jié)果却让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速(sù)度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果没有足(zú)够大(dà)的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种(zhǒng)相对(duì)标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射(shè)电望(wàng)远镜测量(liàng)了距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于(yú)银(yín)河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际速(sù)度远远大于(yú)理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的(de)原(yuán)因很(hěn)可(kě)能就(jiù)是(shì)存在着一(yī)种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质(zhì)的引(yǐn)力(lì)效应将星(xīng)系聚集(jí)在了(le)一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人员开始(shǐ)相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在。科学(xué)家(jiā)根据(jù)星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度(dù)，估算(suàn)在星(xīng)系(xì)当中暗物质的质量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一(yī)可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家(jiā)们发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速(sù)度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了(le)一个反(fǎn)常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系(xì)不多，但是星系(xì)当中存(cún)在(zài)的恒星数(shù)量(liàng)却只有(yǒu)银(yín)河系(xì)的千分(fēn)之一(yī)。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但(dàn)是科学家们使用(yòng)最(zuì)先进的(de)望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么(me)又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附(fù)近(jìn)的(de)另一个大星系(xì)剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除(chú)了(le)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(bù)够全面，引力很可(kě)能(néng)在不(bù)同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的(de)天体(tǐ)会沿着它(tā)们(men)的(de)轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动(dòng)。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则(zé)是(shì)不同的方(fāng)式。对于(yú)在(zài)星系(xì)团之间的(de)相互作用，科学家还引入了外部场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光年的(de)规模上，巨大的(de)质(zhì)量之间会(huì)产生对彼一个避孕套可以用几次，一只避孕套能用几次此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现也让很多人(rén)认为(wèi)暗(àn)物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在(zài)的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大(dà)部分的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导致温度的(de)急(jí)剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的中间(jiān)区(qū)域(yù)。那么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是(shì)集中在(zài)中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了(le)什(shén)么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效(xiào)应。这个(gè)巨(jù)大的天体可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星系(xì)团观测的(de)时候，发(fā)现它的大质量(liàng)区域(yù)并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星(xīng)团(tuán)发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通(tōng)过了这个(gè)区(qū)域，并(bìng)在(zài)两(liǎng)边(biān)形成了(le)引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间(jiān)的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值(zhí)图像(xiàng)进(jìn)行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不(bù)应该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗(àn)物质的(de)增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小，才变得(dé)看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测量值，我们(men)需(xū)要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例(lì)是一致的(de)。这就(jiù)意(yì)味着。

用了(le)一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释了很多(duō)不同的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力(lì)来相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家(jiā)们已经提出(chū)了数(shù)十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的目标粒子所需(xū)要的实(shí)验方式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次的(de)实验，却(què)没有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地(dì)球上最大的地学实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探测器(qì)，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测到(dào)了(le)某种信号(hào)。经过了(le)20多(duō)年的数据(jù)收集，人们发(fā)现(xiàn)了一个有趣的(de)事情。探测率会在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年(nián)当中每年都是一(yī)样。一些科学家(jiā)认为这可(kě)能是(shì)人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年(nián)度(dù)信(xìn)号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们(men)讲了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我们也在以这(zhè)样的速(sù)度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是一致的(de)，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实(shí)际的情况中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可以用来(lái)解释，研究人员们所观测到的(de)周(zhōu)期性(xìng)信号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差异也(yě)可能是温度(dù)、湿度(dù)、土(tǔ)壤(rǎng)中的(de)水分、高山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游客(kè)的数量(liàng)也符合这个(gè)周(zhōu)期(qī)的(de)规(guī)律(lǜ)。

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，这(zhè)里的季节与之前的实验(yàn)室(shì)正好相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个(gè)实验室是(shì)一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗(àn)物质所存在(zài)的非常有力的证据了(le)。但(dàn)是由于这个实(shí)验(yàn)室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法提供相应的数(shù)据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个(gè)关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发(fā)现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会(huì)支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或(huò)者说是(shì)生(shēng)命进化(huà)的一个(gè)重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得到进一(yī)步(bù)的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落(luò)的(de)行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的(de)效(xiào)应创造(zào)生(shēng)命。当然(rán)，这些推论的(de)大前提是要先找到(dào)暗(àn)物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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