宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无(wú)法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物质存在(zài)的(de)证据，科学家们(men)在过去(qù)的几十年当中(zhōng)进行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的长期实(shí)验(yàn)，但是却没(méi)有发现任何的有效证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文(wén)学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不符(fú)合万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)的时候，他们(men)就(jiù)会(huì)知道，周围一(yī)定(dìng)有未知的天体通过(guò)引力在(zài)摄(shè)动它的轨(guǐ)道(dào)。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天(tiān)王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成(chéng)就(jiù)的(de)例子。但是这些发现都是在恒(héng)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(chǐ)度，事情就(jiù)开始变(biàn)得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发(fā)星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系(xì)被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团(tuán)的质量(liàng)一(yī)般(bān)会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果(guǒ)一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个(gè)星系的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学(xué)质量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的(de)各个星系相对于(yú)星系团的(de)运动(dòng)速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然(rán)是(shì)“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后(hòu)发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的(de)质(zhì)量消(xiāo)失(shī)了(le)，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们(men)无法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很(hěn)多(duō)星系的速度比理论(lùn)上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星(xīng)系的质(zhì)量所产生的引力是无(wú)法将(jiāng)它们束(shù)缚(fù)在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外(wài)了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才(cái)再一次(cì)出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是(shì)他(tā)们观测的结果却(què)让人感到不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律，在(zài)星(xīng)系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)存在，这种方法(fǎ)就是测(cè)量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质的(de)力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通(tōng)过射(shè)电望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离(lí)星系(xì)中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛(niú)顿的力(lì)学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距(jù)离(lí)银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实(shí)际(jì)速度(dù)远远大于理(lǐ)论(lùn)速(sù)度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这(zhè)种向心加速度的(de)原因很可(kě)能就是(shì)存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多的(de)研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可(kě)以解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是(shì)星系当(dāng)中存(cún)在的(de)恒星(xīng)数(shù)量却(què)只有银河系的千分(fēn)之一(yī)。

所以在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该(gāi)星系的(de)暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能就是人(rén)类(lèi)对(duì)引力的理解还(hái)不够全(quán)面，引力很可能(néng)在不同尺度(dù)空(kōng)间中的(de)工作方式是不同的，杏花代表十二生肖里的哪个动物呢，杏花是指十二生肖中什么动物这(zhè)意味(wèi)着在行(xíng)星系(xì)尺度中的天体会(huì)沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用则是不同的(de)方式。对于在(zài)星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引入了(le)外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨(jù)大的(de)质量之间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人(rén)认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结(jié)。但(dàn)是(shì)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还(hái)有关(guān)于(yú)暗物质存在的其(qí)他的(de)理(lǐ)论证据(jù)，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组成，类似这样(yàng)的(de)星团，它们大部分的(de)普通质量都在(zài)星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相(xiāng)互作用(yòng)就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在(zài)的中间区(qū)域。那么我们通过什么(me)来验证它(tā)的质(zhì)量区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们可(kě)以明显地看(kàn)到很(hěn)多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么(me)问题(tí)，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级(jí)巨(jù)大的(de)天(tiān)体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量(liàng)的东西(xī)的引(yǐn)力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个(gè)巨大(dà)的天体可(kě)能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的(de)大质(zhì)量区域并不(bù)是在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时(shí)，可被观(guān)测到(dào)的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过(guò)了这(zhè)个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了(le)引(yǐn)力(lì)透镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力透镜研(yán)究(jiū)也被认为是暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的迄(qì)今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示(shì)温度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它们(men)之间的温差(chà)只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景(jǐng)背(bèi)景分离后的二值图像(xiàng)进行连通(tōng)域提取和标记(jì)之后发(fā)现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的(de)增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射(shè)的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动所需(xū)要的(de)暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很多不同的(de)观(guān)测(cè)结果。而(ér)暗(àn)物(wù)质的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它们不(bù)参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来(lái)相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子(zi)的存在杏花代表十二生肖里的哪个动物呢，杏花是指十二生肖中什么动物，就相当于找到了(le)暗物(wù)质存(cún)在的(de)实(shí)际证据(jù)。这种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家们已经提出了数(shù)十(shí)种的假想目(mù)标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验(yàn)方式也不相同。在(zài)过(guò)去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些看(kàn)不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质(zhì)相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉(mài)。

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

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现(xiàn)了(le)一个(gè)有趣的(de)事情。探测率会在每(měi)年的6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科(kē)学家认为这(zhè)可能是(shì)人类(lèi)发(fā)现暗(àn)物(wù)质(zhì)的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意(yì)味着我(wǒ)们(men)也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流(liú)，这个过(guò)程中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到(dào)完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对(duì)银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人(rén)员(yuán)们所(suǒ)观测到的周期性信(xìn)号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游客的数量也(yě)符合这个(gè)周期的规(guī)律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里的季(jì)节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运动特征和第一个(gè)实验(yàn)室是一样的(de)。

因(yīn)此，如(rú)果在(zài)这里可(kě)以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗(àn)物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的证据了。但(dàn)是(shì)由(yóu)于这个实验室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无(wú)法提供相应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃(bó)红外(wài)仪(yí)器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的(de)结果，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们极(jí)有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或(huò)者(zhě)说是(shì)生(shēng)命(mìng)进化的一个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到(dào)进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质(zhì)会不(bù)会意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是(shì)要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质(zhì)到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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