宇宙是(shì)“人(rén)为(wèi)制造(zào)”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但(dàn)是(shì)却没有发现(xiàn)任(rèn)何(hé)的(de)有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然(rán)哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙中天体运动的(de)规律。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现(xiàn)某些(xiē)天体(tǐ)运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过(guò)天王(wáng)星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发(fā)现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用(yòng)万有引(yǐn)力(lì)定律所取得重大(dà)天文成就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系或者是星团的(de)尺度(dù)，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系(xì)团，这些星系(xì)被引力束(shù)缚(fù)在一起。测量星系团的(de)质(zhì)量(liàng)一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果(guǒ)一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量各个星(xīng)系(xì)的光(guāng)度。

第(dì)二(èr)种是动力学(xué)质(zhì)量(liàng)的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结(jié)果出(chū)来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系(xì)团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所(suǒ)存(cún)在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最(zuì)诡异(yì)的(de)是，在测量(liàng)速度的(de)过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的运动学定(dìn马云看未来商铺的前景g)律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生(shēng)的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们(men)早(zǎo)就(jiù)应(yīng)该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形的(de)物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部(bù)分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人们对(duì)这样的(de)一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女(nǚ)座(zuò)星系(xì)中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道上的运行速(sù)度就会(huì)越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着(zhe)与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没有足(zú)够大的质量(liàng)来吸(xī)引它们(men)，这些(xiē)外(wài)围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距(jù)离星系(xì)中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果出现异常的(de)结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了(le)距离星系中心更(gèng)远距离(lí)的氢元素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的(de)第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离(lí)银(yín)河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的(de)运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大(dà)于(yú)理(lǐ)论速度，那(nà)么产(chǎn)生以(yǐ)上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就(jiù)是存(cún)在着(zhe)一(yī)种(zhǒng)我们(men)看不到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应(yīng)将星(xīng)系(xì)聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越(yuè)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(héng)星轨道的速度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗(àn)物(wù)质并不是唯(wéi)一可以解释这个(gè)现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新的研究当(dāng)中，科(kē)学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量却只有银(yín)河(hé)系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使用最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的详细(xì)测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和(hé)力学(xué)定律来解(jiě)释的。那么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这(zhè)些现象的除(chú)了暗(àn)物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理(lǐ)解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会(huì)沿着它(tā)们的(de)轨道，按(àn)照我们所理(lǐ)解(jiě)的(de)方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间的(de)相互作用，科(kē)学(xué)家还引(yǐn)入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的(de)质(zhì)量(liàng)之间(jiān)会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着(zhe)我们需要对现(xiàn)在的(de)物理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗(àn)物质(zhì)假说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部(bù)分的质(zhì)量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它(tā)的质量(liàng)区域(yù)到底(dǐ)是(shì)不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张(zhāng)全(quán)彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一(yī)个质量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的(de)光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可(kě)能(néng)是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它的(de)大质(zhì)量区(qū)域并(bìng)不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测(cè)到(dào)的(de)质量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了(le)引力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)的引力透镜研究也(yě)被(bèi)认为是暗物质存(cún)在的迄今(jīn)为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开(kāi)始(shǐ)，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性(xìng)的(de)微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高(gāo)的区域(yù)，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对(duì)较(jiào)冷的(de)区域，但实际上(shàng)它们之间的(de)温(wēn)差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质(zhì)比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不(bù)同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于找到了(le)暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这种粒子(zi)到(dào)底是(shì)什么？科(kē)学家(jiā)们已经提(tí)出了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒(lì)子所(suǒ)需要(yào)的实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去(qù)的几十(shí)年(nián)当中，人(rén)类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了(le)超马云看未来商铺的前景过50次(cì)的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大(dà)的地学实验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼高的探测(cè)器(qì)，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发(fā)现(xiàn)了一个(gè)有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每(měi)年(nián)的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是(shì)人(rén)类(lèi)发(fā)现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周(zhōu)期性的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲(jiǎng)了太阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕(rào)银河(hé)系的(de)方向是(shì)一致的，而另(lìng)外半年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)正好达到完(wán)全(quán)一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的(de)情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研(yán)究人员们所观测到(dào)的周期性信号。当然(rán)也可能有其他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期(qī)信号(hào)的(de)差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游客(kè)的(de)数量(liàng)也符合这个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半(bàn)球建立(lì)了一个几乎相同的(de)实(shí)验室，这里(lǐ)的(de)季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第(dì)一个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这(zhè)个(gè)实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的(de)数据(jù)支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关(guān)键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探测的(de)结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物(wù)理中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说(shuō)是(shì)生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的(de)效应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的(de)大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动(dòng)力！

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