宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去(qù)的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但(dàn)是却(què)没(méi)有发(fā)现任何的有效(xiào)证据(jù)。除(chú)了一个(gè)地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发(fā)现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的(de)时候(hòu)，他们就会(huì)知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推(tuī)算并(bìng)且发(fā)现了海王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这是(shì)一个由数千(qiān)个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团的(de)质量一般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要(yào)的(de)数(shù)据是测(cè)量(liàng)各个星(xīng)系(xì)的光(guāng)度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的(de)运动(dòng)速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质(zhì)量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测(cè)量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将(jiāng)它们(men)束缚在星系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量在(zài)起作用，这(zhè)种力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形(xíng)的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样(yàng)部分不可(kě)见的(de)暗(àn)质，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但(dàn)是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量(liàng)。只是(shì)当时的人(rén)们对这样的(de)一(yī)种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动(dòng)。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心(xīn)越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒(héng)星的(de)旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的(de)万有引力定(dìng)律，在(zài)星系当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来(lái)吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了(le)。基于(yú)这种现象，科学家们会使(shǐ)用一(yī)种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的力量(liàng)进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜(jìng)测(cè)量(liàng)了距离星系(xì)中心更远距(jù)离的(de)氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度(dù)并(bìng)不(bù)符合牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们(men)的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第(dì)三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论(lùn)速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从这时开始，越来越(yuè)多的(de)研究人员开(kāi)始相信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗(àn)物(wù)质的质(zhì)量(liàng)占(zhàn)整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是(shì)，暗(àn)物(wù)质并不是唯(wéi)一可以解释这个(gè)现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也(yě)会(huì)出现速度上(shàng)的微(wēi)小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河系不(bù)多(duō)，但是(shì)星系(xì)当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系(xì)的(de)千分之(zhī)一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是(shì)科学家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行(xíng)了(le)40个(gè)小时的详细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒(héng)星运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有人(rén)提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力的(de)理解还(hái)不够全面(miàn)，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作(zuò)方(fāng)式是不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的方(fāng)式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外(wài)部场(chǎng)效应的概念，指的是(shì)在数(shù)百(bǎi)万光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的(de)物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让很多(duō)人(rén)认为(wèi)暗物(wù)质假说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当(dāng)中还(hái)有关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这些(xiē)理论证据(jù)是(shì)蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们大部(bù)分(fēn)的(de)普通质量(liàng)都在(zài)星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相(xiāng)互作用(yòng)就(jiù)会导致(zhì)温度(dù)的(de)急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的(de)形变。其实这些(xiē)星系(xì)本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西(xī)的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的(de)黑(hēi)洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测(cè)的时候(hòu)，发现它的大(dà)质量区(qū)域并(bìng)不(bù)是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就(jiù)是当星团发生全部(bù)的(de)碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形(xíng)成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可(kě)见(jiàn)光(guāng)终于(yú)可以畅(chàng)通无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上留下了各相(x一文钱等于多少人民币，一贯钱相当于现在多少钱iāng)同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行(xíng)连(lián)通域提取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的(de)，而随着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量(liàng)值，我们(men)需要(yào)的暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它(tā)们不参与任何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过(guò)引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种(zhǒng)的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同(tóng)的(de)目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同(tóng)。在(zài)过去的几十年(nián)当中，人类为了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的(de)实验，却(què)没有任何(hé)实质性的发现，除(chú)了(le)一个地方，意(yì)大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最(zuì)大的(de)地学实验(yàn)室(shì)，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声称(chēng)观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个(gè)有(yǒu)趣(qù)的事(shì)情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样(yàng)。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗(àn)物质的(de)第一个(gè)直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产生周期(qī)性的(de)年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地(dì)球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到(dào)完(wán)全一致，这是理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流(liú)最快(kuài)的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太(tài)阳(yá一文钱等于多少人民币，一贯钱相当于现在多少钱ng)系相对银河系(xì)的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的(de)有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周期(qī)性信号(hào)。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种年(nián)度(dù)周(zhōu)期信(xìn)号(hào)的差(chà)异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量(liàng)也符合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动特征和第(dì)一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同(tóng)的(de)信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常(cháng)有力的证据(jù)了。但是(shì)由(yóu)于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用(yòng)途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探(tàn)测的(de)结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)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)生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过这样的(de)效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提(tí)是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质(zhì)存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们(men)，你们(men)觉得暗物(wù)质到(dào)底存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力(lì)！

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