宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻(xún)找暗物质存(cún)在的(de)证据，科(kē)学家们在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但是却(què)没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学(xué)数学(xué)原理(lǐ)一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示(shì)了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道(dào)出现(xiàn)异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律(lǜ)所取得重大天文(wén)成就的(de)例子。但(dàn)是(shì)这些发(fā)现都(dōu)是(shì)在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们(men)上升到星系或者是(shì)星团的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研究和测量后发(fā)星系团的质(zhì)量。这是一(yī)个(gè)由数千个星系所组成的(de)巨(jù)大星系(xì)团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是(shì)动力学(xué)质量的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的各个星(xīng)系(xì)相对(duì)于星系团(tuán)的运动速度。当(dāng)测(cè)量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中很多星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一(yī)次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人(rén)感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们(men)会使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异常的结(jié)果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星(xīng)系中心更(gèng)远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符(fú)合牛(niú)顿的(de)力学定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定(dìng)律进行计算，太阳(yáng)系的(de)运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个(gè)实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论(lùn)速度，那(nà)么产生(shēng)以上这种向心(xīn)加(jiā)速(sù)度(dù)的原因很(hěn)可能就(jiù)是存在着一种我(wǒ)们(men)看不到的物质，是这些暗物(wù)质(zhì)的引(yǐn)力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越多(duō)的研究人员开始相信暗物(wù)质的(de)存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也(yě)会出现速度(dù)上的微小差异(yì)。另外，天文学家还(hái)发现了(le)一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大(dà)小和银河系(xì)不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银(yín)河系(xì)的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细测量(liàng)之(zhī)后，发现星(xīng)系中的(de)恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释(shì)的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的(de)除了暗(àn)物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引力的理解还不够全(quán)面(miàn)，引力很可能在不(bù)同(tóng)尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的方(fāng)式运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式(shì)。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还(hái)引入了(le)外部场效应的(de)概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光(guāng)年的规(guī)模上，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)成立(lì)，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)修正，这(zhè)些发(fā)现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于(yú)暗物(wù)质(zhì)存在的其他的理论证据(jù)，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星(xīng)系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温(wēn)度的(de)急(jí)剧升高，速(sù)度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系(xì)团(tuán)大部(bù)分的(de)质量(liàng)将位于(yú)所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的(de)中间(jiān)区域。那么我们(men)通(tōng)过什么来验证它(tā)的(de)质量区域到(dào)底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张全彩(cǎi)的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这(zhè)些星系(xì)本身并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不(bù)是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么(me)问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上(shàng)的(de)观测(cè)者(zhě)之间。被一(yī)个质量(liàng)超(chāo)级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西(xī)的引力，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的(de)大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是(shì)当星团(tuán)发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到(dào)的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域(yù)，并在两边形成了(le)引力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际上它们(men)之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背(bèi)景分离后(hòu)的(de)二值图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看起来不(bù)应该是(shì)这样的，而随(suí)着暗物质的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变(biàn)得(dé)看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射(shè)的测(cè)量值，我们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星(xīng)系(xì)当中恒(héng)星运动所需(xū)要的暗物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架(jià)，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物(wù)质的(de)本质就是(shì)宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)的存(cún)在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已(yǐ)经提出了数十种的(de)假想目标，而要(yào)寻(xún)找这些(xiē)不(bù)同的目(mù)标粒子所(suǒ)需(xū)要(yào)的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任何实(shí)质性的(de)发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上(shàng)最(zuì)大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学家(jiā)声称观测到(dào)了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了(le)20多(duō)年的数据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年当(dāng)中每年都是一样。一(yī)些(xiē)科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质(zhì)的第一个(gè)直接证据。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样(yàng)的速度(dù)在(zài)穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况(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(yǐng)响这个(gè)理论的有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号的差异也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利(lì)游客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在(zài)南半球建立了(le)一个几(jǐ)乎相同的(de)实验室(shì)，这里的(de)季节与之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物(wù)质流的运动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在(zài)的非常有力的证据了(le)。但是(shì)由于这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相应的数(shù)据支(zhī)持(chí)。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提(tí)供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背(bèi)后的奥(ào)秘(mì)，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭(shì)目(mù)以(yǐ)待(dài)了(le)。费米实验室粒子天体(tǐ)物(wù)理中心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特(tè)芬(fēn)研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能(néng)拥有另一种神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的(de)诞(dàn)生，或者说是(shì)生命进(jìn)化的一个重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实(shí)，那么(me)遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质(zhì)会不会(huì)意味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的(de)实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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