宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科(kē)学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存(cún)在的证据(jù)，科学家们在过去(qù)的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现任何的有效证据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学数(shù)学(xué)原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的(de)时候，他们(men)就(jiù)会知道，周围(wéi)一(yī)定有(yǒu)未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年(nián)，奥(ào)本(běn)勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王星(xīng)运行轨道(dào)的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后(hòu)发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到(dào)两种方(fāng)法，当两种方法结(jié)果一(yī)致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系(xì)团(tuán)中的(de)各个星系相对于星(xīng)系团的运(yùn)动速度(dù)。当测量结(jié)果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座(zuò)星系(xì)团(tuán)有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引(yǐn)力(lì)是无法(fǎ)将它们(men)束缚在星(xīng)系团内的，它们(men)早就(jiù)应(yīng)该被抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作(zuò)用，这(zhè)种(zhǒng)力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝(jué)大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文(wén)学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测(cè)仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行(xíng)速度就(jiù)会(huì)越慢。但是他们观测的(de)结(jié)果(guǒ)却让(ràng)人感到不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可(kě)是根(gēn)据(jù)牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有(yǒu)足够大的(de)质量(liàng)来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使(shǐ)用一(yī)种相对标(biāo)准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中(zhōng)心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过(guò)射电(diàn)望远镜测量了距(jù)离星系(xì)中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的(de)力学定律。我们的太阳系(xì)也不例(lì)外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速(sù)度的原因很可能就是(shì)存(cún)在着一(yī)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(jí)在了(le)一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算(suàn)在星系当中暗(àn)物质的(de)质量占(zhàn)整(zhěng)个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不(bù)是(shì)家贫无从致书以观出自哪里，家贫无从致书以观每假借于藏书之家翻译唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发(fā)现了一个反(fǎn)常(cháng)的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星(xīng)系(xì)当中存(cún)在的恒星数(shù)量(liàng)却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使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(fā)现(xiàn)星系中的(de)恒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(yǒu)人提出(chū)，也(yě)许该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星(xīng)系存在(zài)。造成(chéng)这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能(néng)就是(shì)人类对引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在(zài)不同尺度空间(jiān)中的工作方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星(xīng)系团(tuán)之间的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的(de)是在数百万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们(men)需要对(duì)现在的(de)物理定律进行修正，这些(xiē)发现也(yě)让很多人(rén)认为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德(dé)理论所(suǒ)没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系(xì)团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的(de)星(xīng)系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们(men)大部(bù)分的普通质量都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速(sù)度大幅降低(dī)。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部(bù)分的质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体所在(zài)的(de)中间区域。那么(me)我们(men)通(tōng)过什么来验(yàn)证它(tā)的质量区(qū)域到(dào)底是不(bù)是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地(dì)看(kàn)到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了(le)巨大的形变。其(qí)实(shí)这(zhè)些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什(shén)么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们(men)地球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的(de)天体可(kě)能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并(bìng)不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解释(shì)方法就(jiù)是(shì)当星团发生(shēng)全部(bù)的(de)碰撞时，可被观测到(dào)的质量气(qì)体被卡在(zài)了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形成了引力透(tòu)镜。对(duì)子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存(cún)在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景(jǐng)上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示(shì)温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则表示相对(duì)较(jiào)冷(lěng)的区(qū)域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的(de)二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该(gāi)是(shì)这(zhè)样的，而随着暗(àn)物质的(de)增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数(shù)字(zì)与(yǔ)解释星(xīng)系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要的暗(àn)物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简单(dān)的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗(àn)物质的本(běn)质(zhì)就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能(néng)够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科学(xué)家们已(yǐ)经提出了(le)数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目(mù)标粒子(zi)所需要的实验(yàn)方式也不相同。在(zài)过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质(zhì)相互作用的(de)“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室(shì)，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼高的探(tàn)测器，一(yī)直致力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经过了(le)20多年的(de)数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最(zuì)低，而(ér)且在20年当(dāng)中每(měi)年(nián)都是一(yī)样。一些科(kē)学(xué)家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的第(dì)一(yī)个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什(shén)么暗(àn)物(wù)质会产生周(zhōu)期(qī)性的(de)年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的(de)方向与太阳(yáng)环(huán)绕银(yín)河(hé)系(xì)的方(fāng)向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与太阳的(de)方向正(zhèng)好达(dá)到(dào)完全一(yī)致，这是(shì)理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家(jiā)认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观家贫无从致书以观出自哪里，家贫无从致书以观每假借于藏书之家翻译测到的周期性信号。当然(rán)也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在(zài)南半球建立了一(yī)个(gè)几乎相同(tóng)的实验室，这里的季(jì)节(jié)与(yǔ)之前的(de)实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动特(tè)征和第一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的(de)信号(hào)，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了(le)。但是(shì)由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无(wú)法提(tí)供相应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的(de)视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对于探测(cè)的结果，我们(men)只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它(tā)们极有可能(néng)拥有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗(àn)物(wù)质(zhì)会不会(huì)意味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然(rán)，这(zhè)些(xiē)推论(lùn)的大前(qián)提(tí)是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新(xīn)的动力！

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