宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过(guò)去(qù)的几十年当中进行了超过50次(cì)的(de)长(zhǎng)期实验(yàn)，但是(shì)却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运(yùn)动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学(xué)家们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他(tā)们(men)就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现(xiàn)了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用(yòng)万有引力定律所取(qǔ)得重大天文(wén)成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系或者(zhě)是(shì)星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研(yán)究和测量后发星系团的(de)质量(liàng)。这是(shì)一个(gè)由(yóu)数千(qiān)个星(xīng)系所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质(zhì)量一(yī)般会使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量的(de)范围。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是测量各个星系(xì)的光(guāng)度(dù)。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个(gè)星系(xì)相对于星系团的(de)运(yùn)动速度。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威(wēi)基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星(xīng)系团(tuán)中很多星系的(de)速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质(zhì)量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们(men)早就应该被抛出(chū)星(xīng)系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的(de)运行速度(dù)就会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人(rén)感(gǎn)到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离(lí)的(de)增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律，在星系(xì)当中如(rú)果(guǒ)没有足够大的(de)质(zhì)量来吸引(yǐn)它们(men)，这些外(wài)围的恒星(xīng)早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基(jī)于这种现象，科学(xué)家们会(huì)使(shǐ)用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物质的(de)存(cún)在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的(de)力量(liàng)进入(rù)其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系(xì)中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那(nà)么产生以上(shàng)这种向心加速度(dù)的原因很(hěn)可能(néng)就是存在着一种我们看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多的(de)研究(jiū)人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(sù)度，估算在星系当中暗(àn)物质的(de)质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研(yán)究(jiū)当(dāng)中，科学家顺颂夏祺的含义，顺颂夏琪(jiā)们发现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了(le)一个反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜(jìng)对其进(jìn)行(xíng)了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用正常的(de)物(wù)质和(hé)力(lì)学定律来解(jiě)释(shì)的。那么又有人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引(yǐn)力的(de)理解还不够全(quán)面，引力(lì)很可(kě)能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味(wèi)着(zhe)在(zài)行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着它(tā)们(men)的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理(lǐ)解的(de)方式(shì)运动。但是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系(xì)团(tuán)之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作(zuò)用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就(jiù)此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质(zhì)存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的(de)星(xīng)团，它们大(dà)部分的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气(qì)体的相互作(zuò)用就会导顺颂夏祺的含义，顺颂夏琪致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系团大(dà)部分(fēn)的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些(xiē)气(qì)体所在(zài)的中间区域(yù)。那么我们通过什么(me)来验证(zhèng)它的质量区域到底(dǐ)是不(bù)是集(jí)中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上(shàng)的(de)观测者之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域并不(bù)是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在(zài)了(le)中间(jiān)，暗(àn)物质则(zé)直接通过(guò)了这个区(qū)域(yù)，并在(zài)两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下了各(gè)相同性的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值图像进(jìn)行(xíng)连(lián)通域提(tí)取和(hé)标记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙(顺颂夏祺的含义，顺颂夏琪zhòu)当中没有暗物质，图(tú)形看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的(de)暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的暗(àn)物质(zhì)比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就很好地解释了(le)很多不同的(de)观测结果(guǒ)。而暗(àn)物(wù)质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力(lì)来相互作用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存(cún)在的实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什(shén)么？科学家(jiā)们已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想目(mù)标(biāo)，而(ér)要寻找这些不同的(de)目标粒(lì)子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的(de)几十(shí)年当中，人类为(wèi)了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了(le)超过(guò)50次(cì)的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一(yī)个地(dì)方(fāng)，意(yì)大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到(dào)了某种信号。经过了(le)20多年的(de)数据收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年(nián)当中每年都是一(yī)样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗(àn)物质的第一个(gè)直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们也在以这样的(de)速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物(wù)质(zhì)流，这个过程(chéng)中会产生相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半年的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的(de)方(fāng)向正好达到完(wán)全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可以用(yòng)来解释，研究人(rén)员(yuán)们(men)所观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也(yě)可能有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大利游客(kè)的(de)数量(liàng)也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之(zhī)前的(de)实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在(zài)的(de)非(fēi)常有力的证据了。但是由(yóu)于(yú)这(zhè)个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提(tí)供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一个关(guān)键的(de)用(yòng)途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实(shí)验室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在(zài)，它(tā)们极有可能拥有另一(yī)种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化的一个重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得到(dào)进一步的证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗(àn)物质(zhì)会不会意味着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中(zhōng)某个(gè)角落的(de)行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造(zào)生(shēng)命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的大(dà)前提(tí)是要先(xiān)找到暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是(shì)我更(gèng)新的(de)动力！

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