宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无(wú)法(fǎ)解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在过(guò)去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现任何的有效证据。除(chú)了(le)一个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的(de)规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文(wén)学(xué)家们(men)发(fā)现某些天体运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)的时候，他(tā)们(men)就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了(le)海王(wáng)星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应(yīng)用万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大(dà)天文成就的例子。但是(shì)这些发(fā)现都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系(xì)团的质量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可(kě)以(yǐ)确定(dìng)其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度学的(de)质量"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)的计算，是利用光(guāng)谱红移测量(liàng)星(xīng)系团中的(de)各个(gè)星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然是(shì)“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量(liàng)消失了(le)，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速度比理论上(shàng)要快得多，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质量所(suǒ)产生的引力是(shì)无法将(jiāng)它们(men)束缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这样(yàng)部分不可见的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光(guāng)、反(fǎn)射(shè)光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们对(duì)这样的一(yī)种说(shuō)法不(bù)屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福(fú)特在观测仙女(nǚ)座星(xīng)系(xì)中的恒(héng)星运动(dòng)。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他(tā)们(men)观测(cè)的(de)结果(guǒ)却让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中如果没有足(zú)够大的(de)质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这(zhè)些外围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学(xué)家(jiā)们会使用一(yī)种相(xiāng)对(duì)标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系(xì)中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出(chū)现(xiàn)异常的(de)结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力(lì)学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个实际(jì)速度远远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向(xiàng)心(xīn)加(jiā)速度的(de)原因很可(kě)能就是存在着一(yī)种我们看不到的物质(zhì)，是(shì)这(zhè)些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信(xìn)暗物质(zhì)的(de)存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外(wài)恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这个现象的原因(yīn)。在(zài)一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引(yǐn)力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出现速(sù)度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文(wén)学家(jiā)还发现了(le)一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不多(duō)，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析(xī)。但是科(kē)学家们(men)使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现(xiàn)星(xīng)系(xì)中的恒(héng)星运(yùn)动是(shì)可(kě)以(yǐ)用正常的(de)物质和力学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近的另一个(gè)大星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是(shì)人类对引力的理解(jiě)还不够(gòu)全面(miàn)，引力很可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的(de)天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动(dòng)。但(dàn)是上升(shēng)到星系(xì)和星(xīng)团的(de)尺度(dù)，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在(zài)星(xīng)系团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了(le)外部(bù)场效应(yīng)的概念，指的是在数百万(wàn)光年的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多(duō)人认为(wèi)暗物(wù)质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其他(tā)的理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团(tuán)，它们大部(bù)分的普通质量都在(zài)星(xīng)系的气体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互(hù)作用就(jiù)会导致温度的(de)急剧(jù)升高，速度(dù)大幅(fú)降低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的(de)质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨大的形(xíng)变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身并不是真的(de)被(bèi)扭曲(qū)了，也(yě)不(bù)是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们(men)地球上的观测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的(de)东西的引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可(kě)能是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区域(yù)并(bìng)不是在中(zhōng)间，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观(guān)测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了这个区域，并(bìng)在(zài)两(liǎng)边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认(rèn)为是(shì)暗物质存在的(de)迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色的部(bù)分(fēn)表(biǎo)示(shì)温(wēn)度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区(qū)域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连通域提(tí)取和标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了(le)匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架(jià)，就(jiù)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(dāng)中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这(zhè)些不(bù)同的目标(biāo)粒子(zi)所需要的(de)实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过(guò)去(qù)的几(jǐ)十(shí)年(nián)当中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会(huì)与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实验，却没(méi)有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这(zhè)个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科(kē)学(xué)家声称观(guān)测到了(le)某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的数据收集，人们发现了(le)一(yī)个有趣的事情。探测率会(huì)在每(měi)年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年(nián)当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的(de)第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会产生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢？刚才(cái)我们(men)讲了(le)太阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们(men)也在以这(zhè)样的速度(dù)在穿越着暗物(wù)质流(liú)，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一(yī)致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最(zuì)快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对(duì)银(yín)河(hé)系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认(rèn)为这可(kě)以用来解释，研究(jiū)人(rén)员们(men)所观测(cè)到的周期性信号。当然也(yě)可能有其他(tā)的(de)情况，造成这种年(nián)度周期信(xìn)号(hào)的差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合(hé)这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的(de)实验室(shì)，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实(shí)验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在的(de)非常有(yǒu)力的(de)证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提(tí)供相应的(de)数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其(qí)中(zhōng)一(yī)个关键(jiàn)的(de)用(yòng)途就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待(dài)了(le)。费(fèi)米实验室粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存(cún)在(zài)，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的(de)一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质会不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通(tōng)过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我更新的(de)动力！

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