宇宙是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是(shì)什(shén)么(me)？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过(guò)去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任(rèn)何的有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他(tā)们(men)就会知道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天(tiān)体通过引力在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维(wéi)耶就(jiù)通过(guò)天(tiān)王(wáng)星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得(dé)重大天文(wén)成就的例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒(héng)星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可当我们(men)上升到(dào)星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测(cè)量(liàng)后发星系(xì)团的质量。这是一个(gè)由(yóu)数千(qiān)个星系所组(zǔ)成(chéng)的(de)巨大星系(xì)团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的(de)光度。

第二(èr)种是动力学质(zhì)量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光(guāng)的形式(shì)所(suǒ)存在，我们(men)无法看到(dào)。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论(lùn)上要快得(dé)多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系(xì)团内(nèi)的(de)，它们(men)早(zǎo)就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之(zhī)外了，除(chú)非有一(yī)种神秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提(tí)出(chū)了这(zhè)样部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再(zài)一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨道上的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测(cè)的结(jié)果却让人(rén)感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛(niú)顿(dùn)的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物(wù)质的(de)存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心的(de)距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质(zhì)的(de)力量进入其中。

于是科(kē)学家们(men)通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星系中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速(sù)度，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的(de)原(yuán)因很可能(néng)就是存(cún)在(zài)着一种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当(dāng)中暗物质的(de)质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一(yī)项新的研究当中，科学(xué)家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的(de)微(wēi)小差异。另(lìng)外，天文学家(jiā)还发(fā)现(xiàn)了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系(xì)不多(duō)，但是星系当(dāng)中存(cún)在的(de)恒星数(shù)量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但(dàn)是科学家们使用(yòng)最(zuì)先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量(liàng)之后(hòu)，发(fā)现(xiàn)星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运动(dòng)是(shì)可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也(yě)许该星(xīng)系的暗(àn)物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成这(zhè)些(xiē)现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作(zuò)方式是不同的，这意味(wèi)着(zhe)在(zài)行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运(yùn)动。但是上升到星系和星(xīng)团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)则(zé)是不(bù)同的方式。对(duì)于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家还引入了(le)外(wài)部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立(lì)，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要(yào)对现(xiàn)在的物(wù)理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为暗物(wù)质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙(méng)德(dé)理论所没(méi)法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团所(suǒ)组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都(dōu)在星系的气(qì)体(tǐ)当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的(de)中(zhōng)间区域。那么我们通过(guò)什(shén)么(me)来验(yàn)证它的质量区域到底是不(bù)是(shì)集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和(hé)我们(men)地球上的观测者之间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量的东西(xī)的引力(lì)，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨(jù)大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区(qū)域并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好(hǎo)的(de)解释(shì)方法就是当星团(tuán)发生全部的(de)碰撞时，可(kě)被观测到的(de)质量气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研(yán)究(jiū)也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温(wēn)差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过对(duì)前景背景分(fēn)离后的二(èr)值图像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图(tú)形看起来不(bù)应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们(men)需(xū)要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动(dòng)所需要(yào)的暗(àn)物(wù)质(zhì)比例是一(yī)致(zhì)的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不(bù)同的观测(cè)结果。而(ér)暗物质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种类(lèi)型的(de)粒子(zi)，它们不参(cān)与(yǔ)任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作(zuò)用。所以如果能(néng)够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在(zài)的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方式也(yě)不相(xiāng)同(tóng)。在(zài)过去(qù)的几十年(nián)当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规物(wù)质相互作用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何(hé)实质性的(de)发现(xiàn)，除了(le)一个地方，意大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地(dì)下矿(kuàng)井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学(xué)家声称观测到了(le)某种信号。经过(guò)了(le)20多年的(de)数(shù)据收集，人们发现了(le)一个(gè)有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可(kě)能是人(rén)类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢(ne)？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生(shēng)相应(yīng)的(de)振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)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(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全(quán)一(yī)致，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰好达到(dào)了(le)最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的(de)周(zhōu)期性信号。当然(rán)也(yě)可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度(dù)周(zhōu)期信号的(de)差异也(yě)可能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验(yàn)室是一样的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的(de)信号(hào)，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存在的非(fēi)常(cháng)有力的证据了(le)。但是(冰火两重天是什么意思？怎么操作，男女之间的冰火两重天是什么意思shì)由(yóu)于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前(qián)还无法提(tí)供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的望远镜(jìng)，这(zhè)台太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的视野是(shì)哈勃红(hóng)外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太(tài)空望远镜其中一(yī)个关键的用途(tú)就是(shì)探(tàn)索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存(cún)在(zài)，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的(de)效应(yīng)创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论的大前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们(men)觉(jué)得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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