宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有引力定律的(de)时候，他们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有(yǒu)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(yé)就通过天王星运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且发(fā)现了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星(xīng)的发(fā)现(xiàn)都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升(shēng)到(dào)星系或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究和测量(liàng)后发星系(xì)团(tuán)的(de)质量。这是一个(gè)由数千个星系(xì)所组(zǔ)成(chéng)的巨(jù)大(dà)星系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一(yī)般会使用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方(fāng)法(fǎ)结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的范(fàn)围(wéi)。

第一(yī)种是获得(dé)其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要的(de)数据(jù)是(shì)测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力(lì)学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系(xì)团中的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的运动速度(dù)。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是(shì)，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学(xué)定(dìng)律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星(xīng)系(xì)的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量(liàng)在(zài)起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们(men)对这样的一种说(shu霍元甲的师傅是谁，李小龙的师父是谁啊ō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再一次出(chū)现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特(tè)在观(guān)测仙女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中(zhōng)心(xīn)越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持(chí)不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这(zhè)种现象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相对(duì)标准的(de)方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是(shì)测(cè)量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)。如(rú)果出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质的(de)力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系中(zhōng)心更远距(jù)离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的(de)第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根(gēn)据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向心加速(sù)度的原因很可能就是(shì)存在着一种我们(men)看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效(xiào)应将星系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始(shǐ)，越来(lái)越多(duō)的(de)研(yán)究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估(gū)算在(zài)星系当中暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释(shì)这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学(xué)家还发现了(le)一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是星系当中存在的(de)恒星(xīng)数(shù)量却(què)只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后(h霍元甲的师傅是谁，李小龙的师父是谁啊òu)，发现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动(dòng)是可以用(yòng)正常的(de)物质和力(lì)学定(dìng)律(lǜ)来(lái)解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一(yī)个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没(méi)有任(rèn)何星(xīng)系存(cún)在。造成这些现象的(de)除了(le)暗(àn)物质的假说之外(wài)，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引力(lì)的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的(de)工作方式是不(bù)同(tóng)的，这意味着在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作(zuò)用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的(de)是在(zài)数(shù)百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意(yì)味着我们需要对(duì)现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些(xiē)发(fā)现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存在的其他(tā)的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它们大(dà)部分的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会(huì)导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么来验证它的(de)质量区域到(dào)底是(shì)不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实(shí)这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和我(wǒ)们(men)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(zhè)个超大质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人(rén)们对子(zi)弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量(liàng)区(qū)域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法(fǎ)就(jiù)是(shì)当星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了这个(gè)区域(yù)，并(bìng)在两边形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是(shì)暗物质存在(zài)的(de)迄(qì)今为(wèi)止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了(le)130多亿(yì)年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部(bù)分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景(jǐng)背景分离(lí)后的二(èr)值图(tú)像进(jìn)行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质，图(tú)形看(kàn)起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的(de)，而随着暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要(yào)的暗(àn)物质(zhì)比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论(lùn)框架(jià)，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它(tā)们不(bù)参(cān)与(yǔ)任何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来(lái)相互(hù)作用(yòng)。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底是(shì)什么？科学(xué)家们(men)已经提(tí)出了数(shù)十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标(biāo)，而(ér)要(yào)寻(xún)找这些不同的(de)目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质相互作用的(de)“暗物(wù)质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家(jiā)声称(chēng)观测(cè)到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数(shù)据(jù)收(shōu)集(jí)，人们发现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且(qiě)在(zài)20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是(shì)人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么(me)暗物(wù)质会产生(shēng)周期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿越着暗物(wù)质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的(de)方(fāng)向与太阳环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的(de)时(shí)候，地球与太阳(yáng)的(de)方向正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质(zhì)流最(zuì)快的(de)时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银(yín)河系的平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期(qī)性信号(hào)。当然(rán)也可能有(yǒu)其(qí)他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号(hào)的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积(jī)雪，甚(shèn)至(zhì)连意(yì)大利游客的数量也(yě)符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一(yī)个(gè)几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的(de)季节(jié)与之(zhī)前的实验(yàn)室(shì)正好相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流(liú)的运动(dòng)特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有(yǒu)力的(de)证(zhèng)据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗物(wù)质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能(néng)拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研(yán)究发(fā)现(xiàn)，如(rú)果暗物(wù)质存在，它们极(jí)有(yǒu)可(kě)能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进(jìn)化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的(de)大前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动(dòng)力！

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