宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会(huì)存在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人类为(wèi)了(le)寻(xún)找暗物质存在的证据，科学(xué)家(jiā)们(men)在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的(de)自(zì)然哲学(xué)数学(xué)原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文(wén)学家们发(fā)现某些天体运(yùn)行轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的时候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道(dào)。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并(bìng)且(qiě)发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大(dà)天文成就的例(lì)子。但是这些发(fā)现都是(shì)在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和(hé)测量后发星系团的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的质量一般会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确定其质(zhì)量的(de)范(fàn)围。

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

第二种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团(tuán)中的各个(gè)星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见(jiàn)光的(de)形(xíng)式所存在，我们(men)无(wú)法看到(dào)。最诡异的是，在(zài)测(cè)量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的质量所产生(shēng)的(de)引力是无法将它们束(shù)缚在星(xīng)系团(tuán)内的(de)，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了(le)，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部(bù)分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福(fú)特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会(huì)越慢(màn)。但是他(tā)们观测的(de)结果却(què)让(ràng)人感到(dào)不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足(zú)够大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来(lái)解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系(xì)当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中心的(de)距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了(le)距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的(de)太(tài)阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因(yīn)很可能就是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集(jí)在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越来越(yuè)多(duō)的研(yán)究(jiū)人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释(shì)这个现象的原因。在一项(xiàng)新的(de)研究(jiū)当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微(wēi)小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系(xì)的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个(gè)小时(shí)的(de)详细测(cè)量之(zhī)后(hòu)，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学(xué)定(dìng)律来解释的。那么又有人(rén)提出，也(yě)许该星系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之(zhī)外，另一(yī)种可能就是人类对引力的(de)理解还不够全面，引力(lì)很可能(néng)在不(bù)同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度(dù)中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它们(白头发从哪开始白，白头发从发梢开始白是什么原因men)的轨(guǐ)道(dào)，按(àn)照(zhào)我们所(suǒ)理解的(de)方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则(zé)是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学(xué)家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味(wèi)着我们需要对现在(zài)的(de)物理定律(lǜ)进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是(shì)蒙(méng)德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的(de)子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的(de)星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的(de)气体当中(zhōng)。当(dāng)星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气(qì)体的(de)相互作用(yòng)就(jiù)会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩(cǎi)的(de)高清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以明(míng)显地(dì)看到很(hěn)多星(xīng)系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力(lì)，会使身(shēn)后(hòu)更遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对(duì)子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大(dà)质量区域(yù)并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的质量(liàng)气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存(cún)在(zài)的(de)迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还(hái)有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区域，但实(shí)际(jì)上它们之间(jiān)的温差(chà)只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们(men)通(tōng)过对前景背景分离后的二(èr)值图像进行(xíng)连(lián)通域提(tí)取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测(cè)量值(zhí)，我们需要(yào)的(de)暗物质大(dà)约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单(dān)的(de)理(lǐ)论(lùn)框架，就很好地(dì)解(jiě)释了很(hěn)多不同(tóng)的观测结(jié)果。而(ér)暗物质的(de)本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验(yàn)方式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学(xué)家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了一个地方(fāng)，意大(dà)利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大的地(dì)学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声(shēng)称(chēng)观(guān)测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发(fā)现了(le)一个有趣的(de)事情。探测(cè)率会在每(měi)年的(de)6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些科学家认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗物质的(de)第(dì)一(yī)个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银河(hé)系进行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是一致的(de)，而另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而(ér)在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到完全一(yī)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(qià)好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测到(dào)的周期性信(xìn)号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号的(de)差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学(xué)家们(men)又在南半球(qiú)建立了一个几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室(shì)，这里的季节(jié)与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第(dì)一(yī)个实验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在(zài)这里可(kě)以得(dé)到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽(kuān)视(shì)场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个(gè)关键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的(de)科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥(yōng)有另一种神(shén)秘的(de)效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应(yīng)，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的(de)一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到(dào)进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提(tí)是要(yào)先找到(dào)暗物质存(cún)在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是(shì)我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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