宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了(le)寻(xún)找暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学家们在过(guò)去的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的(de)长期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是却(què)没有发(fā)现任何的有效证据。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的(de)规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不符(fú)合万有引力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一定有(yǒu)未知的(de)天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王星(xīng)的(de)存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是(shì)应用万有引力定律所取(qǔ)得重大(dà)天(tiān)文成就(jiù)的(de)例子。但(dàn)是这些发(fā)现都(dōu)是在恒(héng)星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力(lì)束缚在(zài)一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的(de)范(fàn)围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数(shù)据是(shì)测量各个星系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当(dāng)测(cè)量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不以可见光的形式(shì)所存在(zài)，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的(de)过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得(dé)多(duō)，按(àn)照牛(niú)顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生(shēng)的引(yǐn)力是(shì)无(wú)法将它(tā)们束(shù)缚(fù)在星系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某(mǒu)种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这(zhè)样部分不(bù)可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的(de)人们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在(zài)观测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道上的(de)运行(xíng)速度就(jiù)会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如(rú)果没有足够(gòu)大(dà)的质(zhì)量(liàng)来(lái)吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于(yú)这种现象，科(kē)学家们(men)会使用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当(dāng)中气(qì)体在(zài)X轴上距(jù)离星(xīng)系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们(men)通过射电望(wàng)远镜测量了(le)距离星系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转速度(dù)并(bìng)不符合(hé)牛(niú)顿的力学(xué)定(dìng)律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系(xì)的(de)运(yùn)行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向心(xīn)加速度的原因(yīn)很(hěn)可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的(de)研究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占(zhàn)整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一(yī)可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效(xiào)应的(de)遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度(dù)上的微(wēi)小差异。另外，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系(xì)距(jù)离地(dì)球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银河系(xì)不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系(xì)的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细(xì)测量(liàng)之后，发(fā)现星系中的恒(héng)星运(yùn)动是可以用正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么(me)又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经(jīng)被附(fù)近(jìn)的(de)另一个大星(xīng)系剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在(zài)。造成(chéng)这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假说之外(wài)，另一种可(kě)能就是人(rén)类对引力(lì)的理解还不(bù)够全面，引力(lì)很可能(néng)在不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的(de)规(guī)模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的(de)物理定律(lǜ)进行修正，这些发(fā)现也让很多人认为(wèi)暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就此终结(jié)。但是(shì)在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其他(tā)的(de)理论(lùn)证据，这些(xiē)理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量都在(zài)星(xīng)系(xì)的(de)气体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致(zhì)温度的(de)急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅(fú)降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有这(zhè)些气体所在的中间区域(yù)。那么我们(men)通过什么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是不是(shì)集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明(míng)显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球上的观测者(zhě)之(zhī)间。被一(yī)个质量(liàng)超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可(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(zi)弹星系团观测(cè)的时(shí)候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的(de)解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观(guān)测到(dào)的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了(le)中间，暗(àn)物质则(zé)直接(jiē)通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的(de)理论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿(yì)年(nián)之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了各相同性的(de)微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际上它们之间的(de)温差只有万分之一(yī)。

科(kē)学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连(lián)通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这(zhè)样的，而随(suí)着暗(àn)物(wù)质的(de)增加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们需要(yào)的暗物(wù)质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要(yào)的(de)暗物质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不(bù)同的观测(cè)结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们(men)不(bù)参与任何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底是(shì)什(shén)么(me)？科(kē)学家们已经提出了数十(shí)种的(de)假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地(dì)方(fāng)，意大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最(zuì)大的(de)地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三(sān)层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观测到(dào)了(le)某种信号。经过了(le)20多年(nián)的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是一样。一些科(kē)学(xué)家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)着银河系(xì)进行(xíng)移动，那(nà)么(me)如果暗物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太(tài)阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的(de)时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这可(kě)以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们所观(guān)测到的周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运动特征和(hé)第一(yī)个实验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常有(yǒu)力的(de)证据了。但是(shì)由(yóu)于这个(gè)实验(yàn)室(shì)刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目前还(hái)无法提供相(xiāng)应的数(shù)据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提(tí)供的(de)视野是哈(hā)勃红外(wài)仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键(jiàn)的(de)用途就(jiù)是探(tàn)索暗(àn)物(wù)质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的(de)证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质(zhì)会(huì)不会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大(dà)前提是要先(xiān)找到暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们觉(jué)得暗物(wù)质(zhì)到底存不(bù)存(cún)在(zài)呢(ne)？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我更新的动力(lì)！

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