宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在(zài)科学无法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存(cún)在的证据(jù)，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任(rèn)何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了(le)万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家(jiā)们发现(xiàn)某些天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)出(chū)现异常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定(dìng)律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的(de)发(fā)现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是(shì)在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当(dāng)我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系团的(de)质(zhì)量。这是(shì)一(yī)个由数千个(gè)星(xīng)系所组成(chéng)的(de)巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确(què)定其(qí)质量的范围。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的(de)计算(suàn)，是(shì)利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各(gè)个(gè)星(xīng)系相(xiāng)对(duì)于星系(xì)团的运动速度(dù)。当测量结果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的(de)质量并(bìng)不以可见光(guāng)的(de)形式(shì)所存在(zài)，我们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团中很多(duō)星系(xì)的速度比理(lǐ)论上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将它们束(shù)缚在星系(xì)团内的，它(tā)们(men)早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来(lái)源(yuán)于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样(yàng)部(bù)分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部(bù)分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的人(rén)们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测(cè)仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道(dào)上的(de)运行速度(dù)就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却(què)让人感(gǎn)到(dào)不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度几乎(hū)保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系(xì)当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的(de)恒(héng)星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使(shǐ)用(yòng)一(yī)种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速(sù)度。如果出现异(yì)常的(de)结果，就认(rèn)为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离(lí)星系中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转速度并(bìng)不(bù)符合牛顿的(de)力学定律。我们(men)的(de)太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳系位(wèi)于银(yín)河系(xì)的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际(jì)速度远远大于理论速度(dù)，那么(me)产生以上(shàng)这种向心(xīn)加速(sù)度的(de)原因很可(kě)能就是(shì)存(cún)在着一种我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的(de)引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时(shí)开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当(dāng)中暗物质的(de)质量占(zhàn)整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是(shì)唯(wéi)一(yī)可以解释这(zhè)个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的(de)遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异(yì)。另外，天文(wén)学家(jiā)还发现了(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(yì)光年，大小(xiǎo)和银(yín)河(hé)系不多，但是星系当(dāng)中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有银(yín)河系的千(qiān)分之(zhī)一(yī)。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星系必须存(cún)在暗物(wù)质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是(shì)科学(xué)家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物(wù)质(zhì)，已经(jīng)被附近的另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的(de)是，它(tā)的附近没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能(néng)就是人类对引力的理解(jiě)还不够(gòu)全(quán)面，引力(lì)很可能在不(bù)同尺度(dù)空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着它们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的(de)方式运动。但是上升到(dào)星系和星(xīng)团的尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互(hù)作用则是不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系团之间的(de)相互作用，科学家还(hái)引入(rù)了外部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质(zhì)量之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行(xíng)修(xiū)正(zhèng)，这些(xiē)发(fā)现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的(de)理论证(zhèng)据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系(xì)团所组(zǔ)成，类(lèi)似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之(zhī)后(hòu)，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的质量(liàng)将位于(yú)所(suǒ)有这(zhè)些气体所在(zài)的中间区域。那么我(wǒ)们(men)通过什(shén)么来验(yàn)证(zhèng)它(tā)的质(zhì)量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测(cè)者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的东西(xī)的引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的(de)天(tiān)体可能(néng)是(shì)超(chāo)大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部(bù)的(de)碰撞时(shí)，可被观测到的(de)质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了这(zhè)个区(qū)域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背(bèi)景(jǐng)上留下(xià)了各相同性的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色(sè)的部(bù)分表示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域(yù)，但实际(jì)上它们之间的(de)温差只(zhǐ)有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)没(méi)有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物(wù)质(zhì)的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的测(cè)量值，我们需要的(de)暗物(wù)质(zhì)大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星(xīng)系(xì)当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的(de)。这就意(yì)味(wèi)着。

用(yòng)了一(yī)个简单的(de)理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何其他的(de)电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗(àn)物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是(shì)什(shén)么？科学家们已经提(tí)出了(le)数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要的实(shí)验方式也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些(xiē)看(kàn)不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实(shí)验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球上最大(dà)的地(dì)学(xué)实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了(le)一个有趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在(zài)11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学(xué)家认为这可能是人类发现(xiàn)暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗(àn)物质(zhì)会(huì)产(chǎn)生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那么(me)如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我们也在以这样(yàng)的(de)速度在(zài)穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时(shí)间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另(lìng)外半年(nián)则(zé)与之相反。

而(ér)在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰(qià)好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河(hé)系的(de)平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜(xié)，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测到(dào)的周期(qī)性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合(hé)这个周期(qī)的规(guī)律。

所以(yǐ)，科(kē)学(xué)家们又在南(nán)半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同(tóng)的实(shí)验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个(gè)实(shí)验室是(shì)一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里可以得(dé)到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常有力的证据(jù)了(le)。但(dàn)是由(yóu)于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的(de)望(wàng)远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们(men)只能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞(dàn)生(shēng)，或者说(shuō)是(shì)生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不会(huì)意味(wèi)着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在(zài)通过这样的效(xiào)应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前(qián)提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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