宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻(xún)找暗(àn)物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学家们在过去(qù)的几(jǐ)十年当中(zhōng)进行了(le)超过(guò)50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的(de)规律(lǜ)。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某(mǒu)些天体运行(xíng)轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围(wéi)一(yī)定(dìng)有未(wèi)知(zhī)的天体通过引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外(wài)，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定律所取得(dé)重(zhòng)大天(tiān)文成(chéng)就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现都(dōu)是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上升(shēng)到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后(hòu)发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系被引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是(shì)获得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是(shì)测(cè)量(liàng)各个星系(xì)的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系(xì)团(tuán)中的各(gè)个星系(xì)相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度(dù)。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的(de)质量并不以可见光(guāng)的形式(shì)所(suǒ)存在(zài)，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的(de)过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可(kě)见(jiàn)星(xīng)系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星系团之(zhī)外(wài)了，除非有一种神秘的力量在(zài)起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了(le)这样部分不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据(jù)着宇宙中绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的(de)人们对(duì)这样的一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特(tè)福特在(zài)观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道(dào)上的(de)运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于(yú)这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标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气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的(de)力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望(wàng)远镜(jìng)测量了距离(lí)星系(xì)中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度(dù)并不符合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河(hé)系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度(dù)远远大于(yú)理论速度，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的(de)原因很可能就是存在着一种我们(men)看(kàn)不到的物(wù)质，是这(zhè)些(xiē)暗物质(zhì)的引力(lì)效应将星系聚(jù)集在了(le)一(yī)起。

也是从这(zhè)时(shí)开(kāi)始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的存在。科(kē)学(xué)家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质(zhì)的(de)质量占整个星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没有引力(lì)效应的(de)遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出(chū)现(xiàn)速度(dù)上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和(hé)银河系(xì)不多(duō)，但是星(xīng)系当中存在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了(le)40个小时的详细测量之(zhī)后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另(lìng)一(yī)个大星系剥(bō)离了(le)。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没有任何(hé)星(xīng)系存在。造成(chéng)这(zhè)些现象的(de)除了(le)暗物质的假说之(zhī)外，另(lìng)一种可能就是人类对(duì)引(yǐn)力(lì)的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工(gōng)作方式是(shì)不同的(de)，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系(xì)和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作用，科学(xué)家还(hái)引入了(le)外部(bù)场效应(yīng)的(de)概念，指(zhǐ)的(de)是在数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的其他的理(lǐ)论证据，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似(shì)这样的(de)星团(tuán)，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的(de)气(qì)体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体的相互(hù)作用就(jiù)会(huì)导致温度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大(dà)部(bù)分的质量将位于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过(guò)什么来验(yàn)证(zhèng)它的质量(liàng)区域(yù)到底是(shì)不是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的(de)高清照(zhào)片(piàn)，在照(zhào)片中我们(men)可以明显地看(kàn)到很多(duō)星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了(le)巨大的形变(biàn)。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问题，而(ér)是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质(zhì)量超级巨真正想离婚的女人会拖着吗，女人拖着不离婚也不联系心态大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东西(xī)的(de)引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能(néng)是超(chāo)大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观(guān)测的(de)时(shí)候(hòu)，发现它的大(dà)质量区(qū)域(yù)并不(bù)是(shì)在中间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部(bù)的(de)碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量(liàng)气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)的引(yǐn)力(lì)透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论证据(jù)。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之(zhī)后，可见(jiàn)光(guāng)终于可(kě)以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了各相同性(xìng)的微波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科(kē)学家们(men)通过对(duì)前(qián)景背景分离后的(de)二(èr)值图像进行连通域(yù)提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的(de)理论框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释了很多不同(tóng)的(de)观(guān)测结果。而暗(àn)物(wù)质的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它(tā)们不参(cān)与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么(me)？科学家们(men)已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的(de)目标粒子所需(xū)要(yào)的实验方(fāng)式也不(bù)相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规(guī)物质(zhì)相互(hù)作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们(men)已经进行了(le)超过50次的实(shí)验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实(shí)验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观测到了(le)某种信号(hào)。经过(guò)了20多年的数据收集，人们(men)发现(xiàn)了一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会产(chǎn)生周期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半(bàn)年则(zé)与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对银河系的(de)平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们(men)所观测到的(de)周期性信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期(qī)信号的差异也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们(men)又在南(nán)半球建立了(le)一个几乎相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里的季(jì)节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可以成(chéng)为暗物质所存在(zài)的(de)非常有力(lì)的证据了(le)。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前(qián)还(hái)无法提供相应的数(shù)据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是(shì)探(tàn)索暗(àn)物质背(bèi)后的(de)奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到(dào)进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先(xiān)找到(dào)暗物(wù)质存在(zài)的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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