宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么(me)？人(rén)类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)存在的(de)证据，科学家们(men)在过去的(de)几十年(nián)当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运(yùn)动的(de)规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的(de)时候，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的(de)存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律所(suǒ)取得(dé)重大(dà)天文成(chéng)就的例(lì)子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发(fā)星系团的(de)质(zhì)量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个(gè)星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可以确定(dìng)其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是测量各张含韵当年发生了什么事，张含韵以前发生什么事(gè)个星系(xì)的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移(yí)测量(liàng)星(xīng)系团中的各个(gè)星(xīng)系相对于星系团(tuán)的(de)运动速度(dù)。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然(rán)是(shì)“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不(bù)以可见光的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无(wú)法看(kàn)到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量(liàng)速(sù)度的(de)过(guò)程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系团中很(hěn)多(duō)星系的速度比理论上要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束(shù)缚(fù)在星系团(tuán)内(nèi)的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量(liàng)在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出(chū)了这样部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再(zài)一(yī)次出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观(guān)测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的(de)运行速度就会越慢。但是(shì)他们观(guān)测的结(jié)果却让人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中如果(guǒ)没有足(zú)够大的质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释暗(àn)物质(zhì)的(de)存在，这种方法就(jiù)是测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认(rèn)为(wèi)是由(yóu)暗物质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于是科(kē)学家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心更远距(jù)离的氢元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律(lǜ)。我们(men)的太阳系也不(bù)例(lì)外，太阳系位于银河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理论速度，那(nà)么产生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就是(shì)存在着一种我(wǒ)们(men)看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚集在了(le)一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星(xīng)轨(guǐ)道(dào)的速(sù)度，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质的质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之间，也(yě)会(huì)出(chū)现速度上的微小差(chà)异(yì)。另外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多(duō)，但是星(xīng)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(zài)理论上，该星系必(bì)须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科(kē)学家们(men)使用(yòng)最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和(hé)力(lì)学定律来解(jiě)释的(de)。那么又(yòu)有人提(tí)出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近(jìn)没有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就是人类(lèi)对引力的理解(jiě)还不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们(men)所理解的方式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于(yú)在星系团(tuán)之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年的规(guī)模上，巨(jù)大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立(lì)，这意味(wèi)着我们需(xū)要对现在(zài)的物(wù)理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗(àn)物质(zhì)假说理论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗(àn)物质(zhì)存在的(de)其他的(de)理论证据(jù)，这(zhè)些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德理论所没(méi)法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量(liàng)都(dōu)在星系(xì)的气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质量将位于(yú)所有这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什(shén)么(me)来(lái)验(yàn)证它的质量区(qū)域(yù)到底是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在(zài)照片中我们(men)可(kě)以明显地(dì)看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了(le)巨大的(de)形变。其(qí)实(shí)这些星系本身并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者(zhě)之(zhī)间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量的东西(xī)的引力(lì)，会使身后更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可(kě)能(néng)是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星(xīng)系团观(guān)测(cè)的时候，发(fā)现它(tā)的大(dà)质量(liàng)区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了这(zhè)个(gè)区域(yù)，并在(zài)两边(biān)形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系(xì)团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄(qì)今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分表示温(wēn)度较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通(tōng)过对(duì)前(qián)景背景分离(lí)后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是(shì)普(pǔ)通(tōng)物(wù)质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系当(dāng)中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗物质比例(lì)是一(yī)致的(de)。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很(hěn)多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的粒子(zi)，它(tā)们(men)不参与任何(hé)其他的(de)电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒(lì)子的存(cún)在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已经提(tí)出了数十(shí)种的(de)假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子(zi)所需(xū)要的实验方式也(yě)不(bù)相同。在过去的几十(shí)年当(dāng)中(zhōng)，人类(lèi)为了(le)寻(xún)找这(zhè)些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的(de)实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球(qiú)上最大的(de)地(dì)学实验(yàn)室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收(shōu)集(jí)，人们发现了一个(gè)有趣(qù)的(de)事情。探测(cè)率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗(àn)物质的(de)第一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也(yě)在以这样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的(de)方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另(lìng)外半年(nián)则(zé)与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到(dào)完全一致，这(zhè)是(shì)理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的(de)时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可(kě)以用来解释，研究(jiū)人员们所观测到的(de)周期性信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这种年度周期(qī)信号(hào)的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客的数(shù)量也符合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征和(hé)第一个实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的(de)证(zhèng)据了。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数据(jù)支(zhī)持(chí)。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关(guān)键的(de)用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极(jí)有可(kě)能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生(shēng)命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类(lèi)并不(bù)孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的(de)行星上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提(tí)是(shì)要先找到暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的实(shí)际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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