宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科(kē)学家们在过(guò)去的(de)几十年当中进行了(le)超过50次的(de)长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没(méi)有发现任(rèn)何的(de)有效证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不符合(hé)万有引力(lì)定律的时候，他(tā)们就(jiù)会知道(dào)，周围一定有未知的(de)天体通过引力在(zài)摄动它的(de)轨(guǐ)道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这(zhè)是一(yī)个由数(shù)千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起(qǐ)。测(cè)量星(xīng)系团(tuán)的(de)质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结(jié)果一(yī)致，就可(kě)以确定其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是(shì)测量各个星系(xì)的(de)光度。

第(dì)二种是(shì)动力学(xué)质量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系(xì)相对于(yú)星(xīng)系(xì)团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量(liàng)并不以(yǐ)可见光的形式所存(cún)在(zài)，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量(liàng)速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基发现星(xīng)系(xì)团中很多星系的(de)速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它(tā)们束缚(fù)在(zài)星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星(xīng)系团之外(wài)了，除非(fēi)有一(yī)种神秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部(bù)分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却(què)占(zhàn)据(jù)着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们对(duì)这样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出(chū)现。天(tiān)文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座(zuò)星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道(dào)上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到(dào)不(bù)可(kě)思议(yì)。

随着(zhe)与中心(xīn)距离(lí)的增(zēng)加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)并不符合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心(xīn)加速度的(de)原因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估算在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)暗物(wù)质的质(zhì)量(liàng)占整个星系(xì)质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可以解释这个现象(xiàng)的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了(le)一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大(dà)小(xiǎo)和银(yín)河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们使用最先(xiān)进的(de)望远镜对(duì)其进行(xíng)了(le)40个小时(shí)的详细测(cè)量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的(de)假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能就(jiù)是(shì)人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的工作方式(shì)是(shì)不同(tóng)的，这意(yì)味着在行星系尺度中的(de)天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式(shì)运动。但(dàn)是(shì)上升到(dào)星系(xì)和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是(shì)不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互(hù)作用，科(kē)学(xué)家还引入了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在(zài)数百万(wàn)光年的(de)规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需(xū)要(yào)对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

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径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团，它们大(dà)部分的普通(tōng)质量都在(zài)星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际气(qì)体的(de)相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团大(dà)部分的(de)质量将位于(yú)所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们(men)通过(guò)什么来(lái)验(yàn)证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集(jí)中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大(dà)的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出(chū)了(le)什么(me)问(wèn)题，而是这样(yàng)极(jí)遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系(xì)团观测的(de)时候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它的大质(zhì)量区(qū)域并不是在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质(zhì)量气体(tǐ)被(bèi)卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过了(le)这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留(liú)下了(le)各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部(bù)分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实际上它(tā)们(men)之间的(de)温差只有万分之(zhī)一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行(xíng)连通域提取和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗(àn)物质，图形(xíng)看(kàn)起来(lái)不(bù)应(yīng)该是这样的，而随着(zhe)暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来(lái)“和(hé)谐(xié)”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波背景辐射的(de)测(cè)量值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗(àn)物质比(bǐ)例(lì)是一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释了(le)很多不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中(zhōng)存在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类型的(de)粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如(rú)果能够找到(dào)这(zhè)种粒(lì)子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了(le)暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子(zi)到底是什么(me)？科学家们已经提出(chū)了数十(shí)种的(de)假想目标，而要寻找这(zhè)些不(bù)同的目标粒(lì)子(zi)所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的(de)几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的(de)实(shí)验，却(què)没有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的(de)周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的(de)科(kē)学家声(shēng)称观(guān)测到(dào)了某种信号(hào)。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发(fā)现了一个有趣的(de)事情。探(tàn)测率会在每年的(de)6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样。一些科(kē)学(xué)家认为这可能是人(rén)类发现暗物(wù)质的第一个(gè)直接证据(jù)。

但是(shì)为什么(me)暗物质会产生周(zhōu)期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系(xì)进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳(yáng)进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的(de)方向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正好达(dá)到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗(àn)物质流(liú)最快(kuài)的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这可以用(yòng)来(lái)解(jiě)释，研(yán)究人(rén)员们(men)所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号。当然也可(kě)能有其他(tā)的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度(dù)周(zhōu)期信号(hào)的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数(shù)量也符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在南半(bàn)球建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实(shí)验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特征和第一(yī)个实验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得(dé)到相同的信(xìn)号，就(jiù)可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存(cún)在的非(fēi)常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于(yú)这个实验室(shì)刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的(de)结果，我们(men)只能拭目以待了(le)。费(fèi)米实(shí)验室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的科学(xué)家(jiā)丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们(men)极有可能(néng)拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会不会(huì)意味(wèi)着人(rén)类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推(tuī)论的(de)大前提是(shì)要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得暗物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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