宇(yǔ)宙是“人(rén)为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次的长期(qī)实验，但是却(què)没有(yǒu)发现任(rèn)何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的(de)自(zì)然哲(zhé)学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运(yùn)动的(de)规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些鲜衣怒马少年时,不负韶华行且知，鲜衣怒马少年时全诗谁写的(xiē)天(tiān)体运(yùn)行(xíng)轨道出现异(yì)常，不符合(hé)万有引力定律的(de)时(shí)候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文(wén)成就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系统(tǒng)的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事(shì)情就开(kāi)始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测(cè)量后发(fā)星系(xì)团的质量。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的巨(jù)大星系(xì)团，这些星系被引力束(shù)缚在一(yī)起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个星(xīng)系(xì)的(de)光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量(liàng)的计(jì)算，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的(de)各(gè)个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们(men)无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过(guò)程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系(xì)团中(zhōng)很多星系的速(sù)度比(bǐ)理论(lùn)上要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(z鲜衣怒马少年时,不负韶华行且知，鲜衣怒马少年时全诗谁写的hè)些可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它(tā)们束缚(fù)在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一(yī)种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质量。只是当时的(de)人们对这样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越(yuè)慢。但是(shì)他们观测的结(jié)果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没有足(zú)够大的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们(men)会(huì)使用一种(zhǒng)相对标准的(de)方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科学(xué)家们(men)通(tōng)过(guò)射电(diàn)望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星系中心(xīn)更远距离的(de)氢(qīng)元素，发现它(tā)们(men)的(de)旋转速度并不(bù)符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳(yáng)系也(yě)不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速(sù)度(dù)应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远远(yuǎn)大(dà)于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这(zhè)种(zhǒng)向(xiàng)心加(jiā)速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星(xīng)系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时(shí)开始，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(xì)外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一(yī)项新(xīn)的研(yán)究(jiū)当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但(dàn)是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒(héng)星(xīng)运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有人(rén)提(tí)出，也许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近(jìn)的另一个大(dà)星系(xì)剥(bō)离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近(jìn)没有(yǒu)任何星系存在。造成这些(xiē)现象的(de)除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是(shì)人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度空(kōng)间中的工作方式(shì)是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方(fāng)式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则(zé)是(shì)不同(tóng)的方式。对于在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念(niàn)，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要(yào)对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质(zhì)存在的(de)其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成(chéng)，类似(shì)这样的(de)星团，它(tā)们大部分的普通质量都(dōu)在星系(xì)的气体当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互(hù)作用就会(huì)导致温度的急(jí)剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团大(dà)部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢(ne)？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩的(de)高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到(dào)很多(duō)星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的(de)形(xíng)变。其实这些星系本(běn)身并不是(shì)真(zhēn)的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什么问题(tí)，而是这(zhè)样极(jí)遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们(men)地(dì)球上(shàng)的观(guān)测者之间。被(bèi)一个(gè)质量超(chāo)级(jí)巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力(lì)，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可(kě)能(néng)是超大(dà)质量的(de)黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它(tā)的大质量区(qū)域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是(shì)在两侧(cè)。所(suǒ)以最(zuì)好的(de)解释方(fāng)法就是当星团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观(guān)测到的质(zhì)量气(qì)体被卡在了(le)中间，暗物质则(zé)直接(jiē)通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引力(lì)透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆(bào)炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景(jǐng)上留下了(le)各相同性的(de)微波辐射(shè)。其中红(hóng)色(sè)的部分表(biǎo)示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的(de)温差(chà)只(zhǐ)有万(wàn)分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值(zhí)图(tú)像(xiàng)进行连通域提(tí)取和标(biāo)记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释(shì)星系(xì)当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质(zhì)比例是一致的(de)。这(zhè)就(jiù)意(yì)味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗(àn)物质(zhì)的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们(men)不参(cān)与任何(hé)其他(tā)的电磁(cí)作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数(shù)十(shí)种的(de)假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子所需要(yào)的实(shí)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，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进(jìn)行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的(de)实验，却没有任何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一个(gè)地方，意(yì)大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地学实验(yàn)室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层(céng)楼高的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里(lǐ)的(de)科(kē)学(xué)家声称(chēng)观(guān)测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年的(de)数据(jù)收集，人们(men)发(fā)现了(le)一个(gè)有趣的事情。探测率会(huì)在每年的(de)6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后(hòu)在(zài)11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一(yī)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？刚(gāng)才(cái)我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河(hé)系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意(yì)味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一(yī)致的，而另外半年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完(wán)全一致，这是(shì)理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银(yín)河(hé)系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并不影响这个理论(lùn)的(de)有效性(xìng)。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大(dà)利游客(kè)的数量也(yě)符合这个(gè)周(zhōu)期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建(jiàn)立了(le)一个(gè)几乎(hū)相同的实验室，这里的(de)季节与之(zhī)前的实(shí)验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同(tóng)的信号，就可以成(chéng)为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力(lì)的(de)证据了。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研(yán)究发(fā)现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有(yǒu)可能(néng)拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗(àn)物质存在(zài)的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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