宇宙是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什(shén)么？人类为了(le)寻(xún)找暗物质存在(zài)的证据(jù)，科学(xué)家们(men)在过去的几(jǐ)十年当中进行了(le)超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效(xiào)证据(jù)。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合(hé)万有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们就会(huì)知道，周围(wéi)一定有未知的(de)天体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并(bìng)且发现了海王星(xīng)的(de)存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成(chéng)就的(de)例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升(shēng)到星系或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一(yī)个(gè)由数千个星(xīng)系所组成的巨大(dà)星(xīng)系(xì)团，这(zhè)些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质量一般(bān)会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一致，就可(kě)以确(què)定其质量的(de)范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的数据是(shì)测量(liàng)各(gè)个星系的光度(dù)。

第(dì)二种是动力学(xué)质量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红(hóng)移测量星系团中的(de)各个星系相对于(yú)星(xīng)系团的运动速(sù)度。当测(cè)量结果出(chū)来(lái)之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异(yì)的(de)是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星系的(de)速度(dù)比理论上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力(lì)是无法将它(tā)们束(shù)缚在星系团内的(de)，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在(zài)起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们(men)却占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只是(shì)当时(shí)的人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法(fǎ)不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才(cái)再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒星(xīng)运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果(guǒ)却(què)让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着与中(zhōng)心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这(zhè)种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测(cè)量星系(xì)当中气体在X轴上距(jù)离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转速(sù)度。如(rú)果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入(rù)其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素(sù)，发现它们的旋转速(sù)度并不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳(yáng)系(xì)也不例外，太(tài)阳系(xì)位于(yú)银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系的(de)运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那(nà)么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度的原(yuán)因很可(kě)能(néng)就是存(cún)在着一种我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来(lái)越多(duō)的研究人(rén)员开始相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科学(xué)家根据(jù)星系外恒星轨道的(de)速度，估(gū)算在星(xīng)系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的(de)研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也(yě)会出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家还发(fā)现了一个(gè)反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个小(xiǎo)时的(de)详细(xì)测量之后(hòu)，发现星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运动是可(kě)以用正常的物质(zhì)和力(lì)学(xué)定(dìng)律来解(jiě)释(shì)的(de)。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系(xì)的(de)暗物质(zhì)，已(yǐ)经(jīng)被附近(jìn)的另一个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的(de)是，它的(de)附近(jìn)没有任(rèn)何星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的(de)除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解(jiě)还不够全(quán)面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的(de)工作方式是(shì)不同(tóng)的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿(yán)着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的(de)方(fāng)式运动(dòng)。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部(bù)场(chǎng)效应的(de)概念，指的是(shì)在数百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立(lì)，这意味(wèi)着(zhe)我们需要对现(xiàn)在的物(wù)理定律进行修正，这些发现也(yě)让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)还有(yǒu)关(guān)于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系(xì)团所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它(tā)们(men)大部分的普通(tōng)质量都在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际(jì)气体的相互作用就(jiù)会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么(me)我们通(tōng)过什么来(lái)验证它的质量区域到底(dǐ)是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全(quán)彩的(de)高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的(de)形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什(shén)么(me)问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球(qiú)上的(de)观测者(zhě)之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的(de)引力(lì)，会(huì)使身(shēn)后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这个巨(jù)大的天(tiān)体可能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发(fā)现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通(tōng)过了这个(gè)区(qū)域，并(bìng)在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存(cún)在(zài)的(de)迄(qì)今(jīn)为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下了各(gè)相同性的(de)微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分表示(shì)温度较高的(de)区(qū)域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷的(de)区(qū)域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的(de)温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过(guò)对(duì)前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图(tú)像进(jìn)行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是(shì)这(zhè)样的，而(ér)随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释(shì)星系当中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物(wù)质比例是一致的。这就(jiù)意(yì)味着(zhe)。

用了一(yī)个简(jiǎn)单(dān)的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种粒(lì)子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际证据(jù)。这(zhè)种粒子到底是什么？科(kē)学家们(men)已经提出了数十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的(de)目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过(guò)去(qù)的(de)几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超(chāo)过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层(céng)楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力(lì)于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声称观测(cè)到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们(men)发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到(dào)峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每(měi)年都是一样。一些(xiē)科学(xué)家认为这可(kě)能是人(rén)类发(fā)现暗物质(zhì)的第(dì)一(yī)个(gè)直接证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周(zhōu)期(qī)性的(de)年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是(shì)一致的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然(rán)也可(kě)能(néng)有其他的情况，造(zào)成这种年度周期(qī)信(xìn)号的差(chà)异也可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的(de)水(shuǐ)分、高山上的(de)积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合(hé)这(zhè)个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南半球建(jiàn)立了(le)一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实(shí)验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室(shì)正好(hǎo)相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物(wù)质流的(de)运动特征(zhēng)和第一个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在(zài)这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的(de)信号，就可以成为暗(àn)物质所存在(zài)的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无(wú)法提供(gōng)相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的(de)宽视场(chǎng)仪器提供的视野(yě)是哈勃(bó)红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一个关键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物(wù)质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心(xīn)的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研(yán)究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞(dàn)生，或者说是生命进化(huà)的一个重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得到进一步(bù)的(de)证实，那么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质会(huì)不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的(de)大前(qián)提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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