宇宙是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却(què)没有发现任何的有效证据(jù)。除(chú)了一(yī)个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现略备薄酒的意思下一句，略备薄酒的读音某些(xiē)天体运行轨道出现异(yì)常(cháng)，不(bù)符合万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)的(de)时(shí)候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力(lì)在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且发现(xiàn)了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天(tiān)文(wén)成(chéng)就的(de)例(lì)子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系(xì)或者(zhě)是(shì)星团的尺度，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家弗里茨(cí)兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的(de)质量。这(zhè)是一(yī)个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其(略备薄酒的意思下一句，略备薄酒的读音qí)"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量(liàng)各个(gè)星系的(de)光度(dù)。

第(dì)二(èr)种是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量(liàng)星(xīng)系团中的各个(gè)星系(xì)相(xiāng)对于星系团的运动速(sù)度。当(dāng)测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或者(zhě)说(shuō)这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式所存在(zài)，我们(men)无法看到(dào)。最诡异的是，在测(cè)量速度的(de)过程中，兹威基发(fā)现星系(xì)团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它(tā)们早就(jiù)应该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(zhè)种(zhǒng)力量来源于某种隐形(xíng)的物(wù)质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它(tā)们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是(shì)当(dāng)时的人们(men)对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再(zài)一(yī)次出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在(zài)其(qí)轨道(dào)上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有足够(gòu)大的(de)质量来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围(wéi)的(de)恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们(men)会使用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解(jiě)释暗物质的(de)存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系(xì)中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异(yì)常的结果，就(jiù)认为是由暗(àn)物质的(de)力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离星系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力(lì)学定(dìng)律。我(wǒ)们(men)的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于(yú)理论速度，那么(me)产生以上这(zhè)种向(xiàng)心(xīn)加速度的原因很(hěn)可(kě)能就是存在着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的(de)引力效(xiào)应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的(de)研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物(wù)质的质量占整个星系(xì)质(zhì)量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个现象的(de)原(yuán)因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的(de)微小差异。另外(wài)，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一(yī)个反常的星(xīng)系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光(guāng)年(nián)，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但(dàn)是(shì)星(xīng)系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家(jiā)们(men)使用最(zuì)先进(jìn)的(de)望远镜对其进(jìn)行了40个小时(shí)的详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星运动是可(kě)以(yǐ)用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么又有人提出(chū)，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的(de)另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近(jìn)没有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可(kě)能就是(shì)人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方式是不同(tóng)的(de)，这(zhè)意(yì)味着在行(xíng)星(xīng)系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们(men)所(suǒ)理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的(de)相互(hù)作用，科学家还(hái)引(yǐn)入了外部场效应的(de)概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的(de)效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需(xū)要对现在的物(wù)理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结(jié)。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在的其他(tā)的(de)理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的星系团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的星团，它(tā)们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量(liàng)都(dōu)在(zài)星系的气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就会导致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它的质量区(qū)域到底是(shì)不是集(jí)中(zhōng)在(zài)中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形(xíng)变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么(me)问(wèn)题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地球上的(de)观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会(huì)使身后(hòu)更(gèng)遥(yáo)远星系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的天体可能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系(xì)团观(guān)测的(de)时(shí)候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区(qū)域并不是在(zài)中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到(dào)的(de)质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了(le)引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大(dà)爆(bào)炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性的(de)微波辐射(shè)。其(qí)中红色(sè)的部分表(biǎo)示(shì)温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该(gāi略备薄酒的意思下一句，略备薄酒的读音)是这样的(de)，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的(de)幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射的测量(liàng)值(zhí)，我们需要(yào)的(de)暗物质大(dà)约是(shì)普(pǔ)通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒(héng)星(xīng)运动所需要(yào)的(de)暗物(wù)质比(bǐ)例(lì)是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质的(de)本质就是(shì)宇宙当(dāng)中(zhōng)存在(zài)着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过(guò)引力(lì)来(lái)相(xiāng)互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学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粒子所需要的实验方式(shì)也(yě)不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实(shí)质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地球上最(zuì)大的(de)地学实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到了(le)某种信号(hào)。经过了(le)20多(duō)年的数据收(shōu)集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是(shì)一(yī)样。一些科学家认(rèn)为(wèi)这可能是人(rén)类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一(yī)个(gè)直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流(liú)，这(zhè)个(gè)过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环绕银(yín)河(hé)系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实(shí)际(jì)的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这可以用(yòng)来解(jiě)释，研究人(rén)员们所观测(cè)到的周期性信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号的差异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在(zài)南半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的(de)季节与之前(qián)的实(shí)验室(shì)正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的(de)运动特征和第(dì)一个(gè)实(shí)验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可(kě)以(yǐ)得到相(xiāng)同的信(xìn)号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截(jié)至目前还无(wú)法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提(tí)供(gōng)的(de)视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器(qì)的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼(màn)太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜其(qí)中(zhōng)一个(gè)关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后(hòu)的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们(men)只能拭(shì)目以待了。费米实验室(shì)粒(lì)子(zi)天体物理中心的(de)科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能(néng)拥有另(lìng)一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命(mìng)进(jìn)化的一个重要因素。

如(rú)果这一(yī)理(lǐ)论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的(de)效应创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的大前(qián)提是要先找到(dào)暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的(de)支持(chí)是我(wǒ)更新(xīn)的动(dòng)力！

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