宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们在过去(qù)的几十(shí)年当中进(jìn)行了超过50次(cì)的(de)长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们发(fā)现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符(fú)合(hé)万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一(yī)定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的(de)例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒(héng)星系统的(de)尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是(shì)星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团(tuán)的质量(liàng)一般(bān)会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确(què)定其质量(liàng)的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光度(dù)。

第二(èr)种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测量星系团中(zhōng)的(de)各个(gè)星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的运动速度(dù)。当测(cè)量结(jié)果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学质量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的(de)形式(shì)所存在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多(duō)星系的(de)速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些(xiē)可见星系(xì)的质量所产生(shēng)的引力是(shì)无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚(fù)在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的(de)恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的(de)结(jié)果却(què)让人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据(jù)牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的(de)质(zhì)量来吸引它们(men)，这些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相对(duì)标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿(dùn)的力(lì)学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位(wèi)于银河系(xì)的(de)第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这(zhè)个实(shí)际速度(dù)远远大于(yú)理论速度，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们(men)看不到的物(wù)质，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力效(xiào)应将星(xīng)系聚集(jí)在了(le)一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究(jiū)人员开始(shǐ)相信(xìn)暗(àn)物(wù)质做出贡献，做出贡献与作出贡献的区别在哪(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物(wù)质的质量占整个(gè)星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以解释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究(jiū)当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的(de)微小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系(xì)当中(zhōng)存(cún)在的恒星数量却(què)只有银河(hé)系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学(xué)家们(men)使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运动是可(kě)以用正常的物质(zhì)和力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的(de)附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的(de)理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的，这意(yì)味着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团的(de)尺度，引力(lì)之(zhī)间的相互(hù)作用则是不同的方(fāng)式。对(duì)于在(zài)星(xīng)系团之间(jiān)的相互(hù)作(zuò)用，科学家(jiā)还引入了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在数(shù)百万光年的(de)规(guī)模(mó)上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也(yě)让很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的(de)其他的理论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向(xiàng)距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团(tuán)所(suǒ)组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通过什(shén)么来(lái)验证它的质(zhì)量区(qū)域到底是不是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可(kě)以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们(men)地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大的(de)天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不(bù)是在中间，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当(dāng)星(xīng)团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到(dào)的(de)质量气(qì)体被卡在了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团的引力(lì)透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于(yú)可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿(chuān)越(yuè)在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的(de)区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它们之(zhī)间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通(tōng)域提(tí)取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图(tú)形看起来不(bù)应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质大(dà)约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字(zì)与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的(de)观测结(jié)果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的(de)粒子，它们(men)不参与任何其他的(de)电磁作(zuò)用(yòng)，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什(shén)么(me)？科学家们已(yǐ)经提出了数十(shí)种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目(mù)标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了(le)一(yī)个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了(le)20多年(nián)的数(shù)据收集，人们发(fā)现了一个有趣的(de)事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在(zài)20年当中每年都(dōu)是一样(yàng)。一(yī)些科学家认为这可能(néng)是人类(lèi)发现暗(àn)物(wù)质的第一个直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系(xì)正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么(me)如果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环绕银河(hé)系的(de)方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外(wài)半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈(chéng)现(xiàn)了(le)60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可(kě)以用来(lái)解释(shì)，研究人员(yuán)们所观测(cè)到(dào)的周期(qī)性信号。当然也(yě)可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意(yì)大利游客的数(shù)量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流的(de)运动特征和第一个实(shí)验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这个(gè)实验做出贡献，做出贡献与作出贡献的区别在哪室刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台(tái)新的(de)望(wàng)远镜，这台(tái)太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室(shì)粒子天(tiān)体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果(guǒ)这(zhè)一理论得到进(jìn)一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正在(zài)通(tōng)过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论(lùn)的大前(qián)提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗物(wù)质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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