宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗物质存在(zài)的(de)证据，科学家们在过去的几十(shí)年(nián)当中进行(xíng)了超过(guò)50次的长期实(shí)验，但是却没(méi)有发(fā)现任(rèn)何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然(rán)哲(zhé)学数(shù)学(xué)原理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来(lái)，当天文学(xué)家们发(fā)现(xiàn)某(mǒu)些天(tiān)体运行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的(de)时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知的(de)天体通过引力(lì)在(zài)摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成(chéng)就的例(lì)子。但(dàn)是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到(dào)星系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和(hé)测(cè)量后发星系(xì)团(tuán)的(de)质(zhì)量。这是一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚在(zài)一起。测(cè)量星系(xì)团(tuán)的质量一般会使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量(liàng)星(xīng)系团中的(de)各(gè)个星系相对于星(xīng)系团的运(yùn)动速(sù)度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系(xì)团中很多星系的速度(dù)比理论(lùn)上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚在星系团(tuán)内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了(le)，除非有一(yī)种神秘的(de)力量(liàng)在起作用(yòng)，这种力(lì)量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却(què)占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特(tè)福特在(zài)观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中心(xīn)越远的(de)恒星在其轨道(dào)上的运行(xíng)速(sù)度(dù)就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是(shì)根据(jù)牛顿(dùn)的万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律，在(zài)星系当中(zhōng)如(rú)果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使用一(yī)种相(xiāng)对标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的(de)力量进入其(qí)中。

于是科学家(jiā)们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢(qīng)元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可(kě)能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质，是这些暗物(wù)质(zhì)的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起。

也是(shì)从(cóng)这时(shí)开始，越来越多的研(yán)究人员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质量(liàng)占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的(de)研究(jiū)当中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上(shàng)的微(wēi)小差异。另(lìng)外，天文(wén)学家(jiā)还发现了(le)一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银河系不(bù)多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析(xī)。但是科学(xué)家们(men)使用最先进的望(wàng)远镜对(duì)其进行了40个(gè)小时的详细测量之后，发(fā)现星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以用正常的(de)物(wù)质和力学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么(me)又有人提(tí)出(chū)，也许该(gāi)星系的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另一非练实不食的练实是什么意思，练实指的是什么个大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这(zhè)意味着在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我(wǒ)们所(suǒ)理解(jiě)的方式(shì)运(yùn)动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间的(de)相(xiāng)互作用则是(shì)不同(tóng)的方式(shì)。对(duì)于在(zài)星系团(tuán)之间的(de)相互作用(yòng)，科学家(jiā)还(hái)引入了(le)外部场(chǎng)效应的(de)概(gài)念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物(wù)质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于(yú)暗物质存(cún)在的(de)其他(tā)的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没(méi)法(fǎ)解释(shì)的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的(de)星系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大(dà)部(bù)分的(de)普通质量都在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急(jí)剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的(de)中间区域。那么我们通过什么(me)来(lái)验证(zhèng)它(tā)的质量区域到(dào)底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了宇宙当(dāng)中第(dì)一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是(shì)这(zhè)样极遥远的天体和我们地(dì)球上(shàng)的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身(shēn)后更遥(yáo)远(yuǎn)星(xīng)系的(de)光都发(fā)生了(le)扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发(fā)现(xiàn)它的(de)大质(zhì)量(liàng)区域并不是在中间，而(ér)是(shì)在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这(zhè)个区域，并在(zài)两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物(wù)质存在(zài)的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留(liú)下(xià)了各相(xiāng)同(tóng)性的(de)微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但(dàn)实际(jì)上它们(men)之间的温差只(zhǐ)有万(wàn)分之(zhī)一(yī)。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景分离后的二(èr)值图像(xiàng)进行连(lián)通(tōng)域提取和标记之后(hòu)发(fā)现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小，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，我们需(xū)要的暗(àn)物(wù)质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了一个(gè)简单(dān)的(de)理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地(dì)解释(shì)了很多(duō)不同的观测结(jié)果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子(zi)的(de)存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质存(cún)在(zài)的实际证据(jù)。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目(mù)标(biāo)，而要(yào)寻找这些不(bù)同的目(mù)标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验(yàn)方式也(yě)不相同(tóng)。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们(men)已经进(jìn)行了超(chāo)过50次的(de)实验(yàn)，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯(sī)山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一直致力(lì)于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒(lì)子(zi)的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家声(shēng)称观测(cè)到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类发现暗物质(zhì)的(de)第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期(qī)性(xìng)的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是(shì)一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质流(liú)最(zuì)快的(de)时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河(hé)系的平面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观(guān)测到的(de)周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可能(néng)有其他的(de)情况，造(zào)成这种年度周期(qī)信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游客(kè)的数量(liàng)也(yě)符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的(de)实验室(shì)，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿(chuān)过暗(àn)物质(zhì)流的运动特(tè)征和第一(yī)个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物(wù)质所存在的非常(cháng)有力的(de)证据(jù)了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的(de)数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼(màn)非练实不食的练实是什么意思，练实指的是什么”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的(de)视野是(shì)哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个(gè)关键的用(yòng)途(tú)就是(shì)探(tàn)索暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了(le)。费米实(shí)验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的(de)科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大(dà)前提是(shì)要先找到(dào)暗物质存在的实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉(jué)得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新(xīn)的(de)动力(lì)！

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