宇宙是“人为制造”的(de)？为何(hé)会存在(zài)科学(xué)无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么(me)？人类为了(le)寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年(nián)当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的长期实验(yàn)，但是(shì)却没有发(fā)现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学(xué)数学原理一(yī)书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符(fú)合万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星(xīng)、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)所取得(dé)重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或(huò)者是星团的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚(fù)在一(yī)起。测量(liàng)星系团(tuán)的(de)质(zhì)量一般会使(shǐ)用到(dào)两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需(xū)要的数据是(shì)测量各个星系的(de)光度(dù)。

第(dì)二种是动力学(xué)质量的计算，是利(lì)用光谱红移测(cè)量(liàng)星(xīng)系团中的各(gè)个星系相对(duì)于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系(xì)团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见(jiàn)光的形(xíng)式(shì)所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的(de)过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系(xì)团(tuán)中(zhōng)很多星系(xì)的速度(dù)比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的质量所产生的引力(lì)是无法将它们束(shù)缚在星系(xì)团内的(de)，它们早就应该(gāi)被抛出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见(jiàn)的(de)暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但(dàn)是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一(yī)种说(shuō)法不(bù)屑(xiè)一(yī)顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个(gè)词(cí)才(cái)再一(yī)次出(chū)现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到不可思议(yì)。

随(suí)着(zhe)与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了(le)距离星(xīng)系中心(xīn)更远距(jù)离的氢元素，发(fā)现它(tā)们的旋转速度并不符(fú)合牛(niú)顿的(de)力(lì)学定律。我们(men)的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳(yáng)系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系旋(xuán)转，这个实(shí)际速(sù)度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度(dù)的原因很可能就是存(cún)在(zài)着一种我们看(kàn)不(bù)到的物质，是这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的(de)研(yán)究(jiū)当(dāng)中，科(kē)学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没(méi)有引(yǐn)力(lì)效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也(yě)会出(chū)现速(sù)度(dù)上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了(le)一个(gè)反常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存(cún)在的恒(héng)星数350开头的身份证是哪里的量却只有银(yín)河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会(huì)分崩离析。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的(de)附近没(méi)有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能(néng)就是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺(chǐ)度(dù)空间(jiān)中的(de)工(gōng)作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同(tóng)的方(fāng)式(shì)。对(duì)于在星系团之间的相互作用(yòng)，科(kē)学家还引入了外部(bù)场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多(duō)人认为暗(àn)物(wù)质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还(hái)有关于暗(àn)物质存(cún)在的其他的理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证据(jù)是蒙(méng)德理论所没(méi)法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的(de)星(xīng)团，它们大部(bù)分(fēn)的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将(jiāng)位(wèi)于所有这些(xiē)气体所在的中间区(qū)域。那么(me)我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不(bù)是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个(gè)质(zhì)量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西(xī)的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现(xiàn)象就是(shì)引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是(shì)暗物(wù)质(zhì)。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子(zi)弹星系(xì)团观测的时(shí)候，发(fā)现它(tā)的(de)大质(zhì)量(liàng)区(qū)域并不是在(zài)中间(jiān)，而(ér)是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方法就是(shì)当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的迄今为止最(zuì)好的理论(lùn)证据(jù)。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下(xià)了各相同性的(de)微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色(sè)则表示(shì)相对较冷的区(qū)域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前(qián)景背景(jǐng)分离后(hòu)的二值图像进行(xíng)连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我们需要(yào)的暗物(wù)质(zhì)大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多不同的(de)观测结果。而(ér)暗(àn)物(wù)质的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了(le)暗(àn)物(wù)质存在(zài)的(de)实(shí)际证(zhèng)据(jù)。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么(me)？科(kē)学家们已经(jīng)提出(chū)了(le)数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要(yào)的实验(yàn)方式也不相同。在过(guò)去的(de)几十年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用(yòng)的(de)“暗物质”，科(kē)学(xué)家们(men)已经进行了(le)超过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在20年当中每年(nián)都是(shì)一样。一些科学(xué)家认为这(zhè)可能(néng)是(shì)人类发现暗(àn)物质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度(dù)围绕着银(yín)河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度(dù)在穿越着(zhe)暗(àn)物质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时(shí)间，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外(wài)半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的(de)方向正好达(dá)到(dào)完全一致(zhì)，这(zhè350开头的身份证是哪里的)是理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个(gè)理论(lùn)的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解(jiě)释(shì)，研(yán)究人(rén)员(yuán)们(men)所观测到(dào)的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成(chéng)这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周(zhōu)期的(de)规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同(tóng)的(de)信号(hào)，就可以成为暗物质(zhì)所存在(zài)的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃(bó)红外仪(yí)器(qì)的100倍(bèi)。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的(de)用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物(wù)理中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神(shén)秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会(huì)不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的(de)行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗(àn)物质存在的(de)实际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更(gèng)新的动(dòng)力！

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