宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何(hé)会存(cún)在科学无(wú)法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物质存(cún)在的证据，科学家们(men)在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是(shì)却(què)没有(yǒu)发现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除(chú)了一(yī)个地(dì)方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学数(shù)学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天文(wén)学(xué)家们发现某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天(tiān)王(wáng)星运行轨道(dào)的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用(yòng)万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成(chéng)就的(de)例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都(dōu)是(shì)在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星(xīng)团的(de)尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发(fā)星系(xì)团的质(zhì)量。这是(shì)一个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些(xiē)星(xīng)系(xì)被(bèi)引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量星系团的(de)质(zhì)量一般会使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一致，就可以确(què)定其质量的范围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度(dù)学的(de)质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学(xué)质量的计算(suàn)，是利(l当兵至少要当几年才可以退伍呢，当兵至少当几年才能退伍ì)用光(guāng)谱(pǔ)红移(yí)测量(liàng)星(xīng)系团中(zhōng)的各个(gè)星系相对于星系(xì)团(tuán)的运动速度。当测量(liàng)结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是(shì)“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可(kě)见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹(zī)威基发(fā)现星系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是(shì)无(wú)法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外(wài)了(l当兵至少要当几年才可以退伍呢，当兵至少当几年才能退伍e)，除非有(yǒu)一(yī)种神(shén)秘的力(lì)量在(zài)起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的(de)物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部(bù)分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是(shì)它(tā)们却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只是当时(shí)的人们(men)对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离(lí)中心(xīn)越远的恒星在其轨道(dào)上的(de)运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星(xīng)系(xì)当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科(kē)学家(jiā)们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来解释暗(àn)物(wù)质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在(zài)Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结(jié)果，就(jiù)认为是由(yóu)暗(àn)物质(zhì)的力量(liàng)进入(rù)其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符(fú)合牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我(wǒ)们(men)的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这(zhè)个实(shí)际速度(dù)远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这种向心加速(sù)度的原因(yīn)很可能就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集在了(le)一(yī)起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗(àn)物质的(de)质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是(shì)星系(xì)当中存在的(de)恒星(xīng)数量却(què)只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必(bì)须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细(xì)测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质(zhì)和力学定律来(lái)解释的。那(nà)么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能(néng)在不(bù)同尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方式是不同的，这(zhè)意(yì)味(wèi)着在行星系尺度中的天体会(huì)沿(yán)着它们的轨道(dào)，按(àn)照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但(dàn)是上(shàng)升到星系(xì)和(hé)星团的(de)尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作用则(zé)是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的(de)规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需(xū)要对现在的物理定(dìng)律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分(fēn)的(de)普(pǔ)通质(zhì)量都在星系的(de)气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大(dà)部(bù)分(fēn)的质量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于所有(yǒu)这些气(qì)体所在的中间区域(yù)。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质(zhì)量(liàng)区(qū)域(yù)到底(dǐ)是不是集中在中间(jiān)呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们(men)可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系(xì)本身并不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不(bù)是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什(shén)么问题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上(shàng)的(de)观测者之间。被(bèi)一个(gè)质量超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大(dà)质(zhì)量(liàng)的东西(xī)的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应。这个巨(jù)大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的(de)大质(zhì)量区(qū)域(yù)并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则(zé)直(zhí)接通(tōng)过了(le)这个区(qū)域，并(bìng)在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的(de)光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅(chàng)通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各(gè)相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部(bù)分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背景(jǐng)分离后的(de)二值图像进行连(lián)通域提(tí)取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射(shè)的测(cè)量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星(xīng)运动(dòng)所需要的(de)暗物(wù)质比例是(shì)一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他(tā)的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力(lì)来(lái)相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在(zài)的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家们已(yǐ)经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需(xū)要的实验(yàn)方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过(guò)去(qù)的几十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不(bù)会(huì)与(yǔ)常规物质(zhì)相(xiāng)互(hù)作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了超(chāo)过50次的(de)实(shí)验，却没(méi)有任何(hé)实质性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的地(dì)学实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学家声称观测到了(le)某种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数据收(shōu)集，人们发现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月份达到(dào)峰值，然(rán)后(hòu)在(zài)11月降到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能是人类发(fā)现暗(àn)物质的第一个直接(jiē)证据。

但(dàn)是为什么(me)暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在(zài)以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系(xì)进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程中会产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕(rào)银河系的方向是一致的(de)，而另外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相对银河(hé)系的(de)平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来(lái)解释(shì)，研(yán)究(jiū)人员们所观测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当然也可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度(dù)周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游客的数量(liàng)也符(fú)合这个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建立了一个几乎相同(tóng)的(de)实验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前(qián)的实验(yàn)室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征和第一个(gè)实验室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可以得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的(de)主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视场(chǎng)仪(yí)器(qì)提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的用途就是(shì)探索(suǒ)暗物(wù)质背后的(de)奥(ào)秘，对于(yú)探测(cè)的(de)结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另(lìng)一(yī)种神(shén)秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化的一个重要因素。

如(rú)果这(zhè)一理(lǐ)论得到进一(yī)步的(de)证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会意味着人(rén)类并不孤(gū)单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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