宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存(cún)在科学无(wú)法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却蝴蝶会采蜜吗没有发现任(rèn)何的(de)有效证据。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的(de)几百年(nián)来，当(dāng)天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异(yì)常，推算并且发现了(le)海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发现(xiàn)都(dōu)是应用万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大(dà)天文成就的(de)例子(zi)。但是这(zhè)些(xiē)发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星(xīng)系团(tuán)的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系(xì)团(tuán)，这(zhè)些星(xīng)系被引力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质量一般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的(de)范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是(shì)测量各个(gè)星系的光度。

第(dì)二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量(liàng)并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠(kào)这些可(kě)见(jiàn)星系的质(zhì)量(liàng)所产生的引力是(shì)无法将它们束(shù)缚在星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的(de)人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心(xīn)越远的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的(de)质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是(shì)由暗物(wù)质的力量(liàng)进入(rù)其(qí)中(zhōng)。

于是(shì)科学家(jiā)们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了(le)距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的(de)太阳(yáng)系(xì)也(y蝴蝶会采蜜吗ě)不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际速(sù)度(dù)远远大于理(lǐ)论速(sù)度，那么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心(xīn)加(jiā)速度的原因很可能就(jiù)是(shì)存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的(de)存在。科学家根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可以解释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速(sù)度上的微(wēi)小差异(yì)。另外(wài)，天文(wén)学家还(hái)发(fā)现了一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光(guāng)年(nián)，大(dà)小和银(yín)河(hé)系不多(duō)，但是(shì)星系当中存在的(de)恒(héng)星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上，该星系(xì)必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析(xī)。但是(shì)科学家们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系(xì)的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有任何星(xīng)系(xì)存(cún)在(zài)。造(zào)成这些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的(de)理解还不(bù)够(gòu)全面，引力很可(kě)能在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这(zhè)意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的方式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是(shì)不同的方式。对(duì)于在星系(xì)团之间的相互(hù)作用，科学(xué)家还引入了外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是(shì)在数百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特(tè)殊(shū)的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们(men)需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这(zhè)些(xiē)发现也让(ràng)很(hěn)多人认为(wèi)暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存在(zài)的其他的(de)理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们大(dà)部(bù)分的普通质量都在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的(de)时候，星际气体的(de)相互(hù)作用就会导致温度的急(jí)剧(jù)升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体所在的(de)中间区域。那么我们(men)通过(guò)什么来(lái)验证它(tā)的质量区域到底是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的(de)高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明显地看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不(bù)是(shì)真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什么(me)问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大(dà)质(zhì)量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的(de)解释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区(qū)域(yù)，并在(zài)两(liǎng)边(biān)形(xíng)成了(le)引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在(zài)的(de)迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的(de)光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可(kě)见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了(le)130多亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了各相同性(xìng)的(de)微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们(men)通过对(duì)前景背景(jǐng)分(fēn)离后(hòu)的二值图像进行连通(tōng)域提取和标记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了(le)匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射(shè)的(de)测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗(àn)物(wù)质大约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一致的(de)。这就意(yì)味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他(tā)的电磁作(zuò)用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什么(me)？科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)提出(chū)了(le)数十种(zhǒng)的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不(bù)同的目(mù)标(biāo)粒(lì)子所需要的实验(yàn)方(fāng)式(shì)也不相(xiāng)同。在过(guò)去的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的(de)实验，却(què)没(méi)有任(rèn)何实(shí)质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大利的(de)格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器(qì)，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声(shēng)称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发(fā)现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人(rén)类发(fā)现暗物质的(de)第(dì)一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产生周期性的年度(dù)信号(hào)呢？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们(men)也在(zài)以这样的速度(dù)在(zài)穿越着(zhe)暗(àn)物质流(liú)，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年(nián)的(de)时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达(dá)到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科(kē)学家认为(wèi)这可(kě)以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信号的(de)差异(yì)也可(kě)能是温(wēn)度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的数(shù)量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的(de)实验(yàn)室(shì)，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和(hé)第一个实验室(shì)是一样的(de)。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成(chéng)不久，所(suǒ)以截(jié)至(zhì)目前(qián)还无(wú)法提(tí)供(gōng)相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视(shì)场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个(gè)关键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特(tè)芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有可能(néng)拥有另(lìng)一种神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是生命进(jìn)化的一个(gè)重要(yào)因素(sù)。

如(rú)果(guǒ)这(zhè)一理论得到(dào)进一步的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的(de)暗物质会(huì)不(bù)会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推(tuī)论的(de)大前提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点(diǎn)赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更新的动(dòng)力！

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