宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解(jiě)释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去(qù)的几(jǐ)十年(nián)当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期(qī)实验，但是却没有发(fā)现任何的(de)有效证据(jù)。除了(le)一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体(tǐ)运动的规(guī)律。往后的几百年(nián)来(lái)，当天文学家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们(men)上升到(dào)星(xīng)系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正(zhèng)在研究和(hé)测(cè)量(liàng)后(hòu)发星(xīng)系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一(yī)种是获得其"光度学(xué)的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量的计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的(de)各个(gè)星系相对(duì)于(yú)星(xīng)系团的(de)运(yùn)动(dòng)速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最(zuì)诡异(yì)的是，在(zài)测量速(sù)度(dù)的过程中，兹(zī)威基发(fā)现星系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系的质量(liàng)所产(chǎn)生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对(duì)这样的一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心(xīn)越(yuè)远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但是(shì)他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人(rén)感到不(bù)可思议。

随(suí)着(zhe)与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是(shì)根(gēn)据(jù)牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来(lái)吸(xī)引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。基(jī)于(yú)这种现象，科(kē)学(xué)家们会使用一种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是(shì)测量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是(shì)科(kē)学(xué)家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它(tā)们的(de)旋(xuán)转速度(dù)并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们(men)的(de)太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的(de)第(dì)三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根(gēn)据(jù)万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了(le)一起。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越(yuè)来越(yuè)多的(de)研究人员开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存(cún)在(zài)。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质(zhì)量(liàng)的(de)85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学(xué)家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān世界上傻子最多的国家，哪个国家傻子多)，也会出现速度(dù)上的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是星系当中存(cún)在的恒星(xīng)数量却只(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(jiù)会分(fēn)崩离析。但是(shì)科(kē)学家(jiā)们(men)使用最先进的望远镜对其(qí)进(jìn)行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星运(yùn)动是(shì)可以用正常的物(wù)质和力学定律来解释的。那么(me)又(yòu)有人(rén)提出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个大(dà)星系(xì)剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成这些现象的(de)除了暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另一种可(kě)能(néng)就(jiù)是人类对(duì)引(yǐn)力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的(de)，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的(de)方式(shì)运动。但是(shì)上升到(dào)星系和(hé)星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不(bù)同的方式(shì)。对于在(zài)星系团之间的(de)相互作(zuò)用，科学家还(hái)引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要(yào)对现在的物理定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多(duō)人认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗(àn)物质存在的其他(tā)的理论证据(jù)，这(zhè)些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所没法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的(de)子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它(tā)们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的(de)时候，星际气(qì)体(tǐ)的相互作用(yòng)就会导致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在(zài)的(de)中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量(liàng)区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照(zhào)片(piàn)中我(wǒ)们可(kě)以(yǐ)明显地看(kàn)到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真(zhēn)的(de)被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是(shì)韦(wéi)伯(bó)望远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我(wǒ)们(men)地球上(shàng)的观测(cè)者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力(lì)透(tòu)镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对(duì)子弹(dàn)星系团观测的时候，发(fā)现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观(guān)测到的质(zhì)量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也(yě)被(bèi)认为是(shì)暗物质(zhì)存在(zài)的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于(yú)可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上留下了各(gè)相(xiāng)同性的微波(bō)辐射(shè)。其中红(hóng)色的部(bù)分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区(qū)域，但实际上它们(men)之间(jiān)的温(wēn)差只有万(wàn)分之一。

科学家们(men)通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进(jìn)行(xíng)连(lián)通(tōng)域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看起(qǐ)来不应(yī世界上傻子最多的国家，哪个国家傻子多ng)该是这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起(qǐ)来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这(zhè)个数(shù)字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如(rú)果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于(yú)找到了(le)暗物质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科学家们(men)已经(jīng)提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年(nián)当中，人(rén)类为(wèi)了(le)寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质(zhì)相(xiāng)互作用的(de)“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球(qiú)上最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都(dōu)是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认(rèn)为这可能是人(rén)类(lèi)发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公里/秒的(de)速度围绕(rào)着(zhe)银河系(xì)进行(xíng)移(yí)动(dòng)，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时(shí)间(jiān)，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河系(xì)的(de)方向是一致(zhì)的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到(dào)完全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰(qià)好达(dá)到了最慢(màn)值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度(dù)的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能有其(qí)他的(de)情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度(dù)周期信号的(de)差异也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数(shù)量也符合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学(xué)家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的(de)实(shí)验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特征和第一(yī)个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在(zài)的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无(wú)法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一(yī)台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提(tí)供的视野(yě)是(shì)哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯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(tàn)测世界上傻子最多的国家，哪个国家傻子多(cè)的结果，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了(le)。费米实验室(shì)粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能(néng)拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命进(jìn)化的一个(gè)重要(yào)因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物(wù)质正在通过(guò)这(zhè)样(yàng)的效应创造(zào)生(shēng)命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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