宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造(zào)”的(de)？为何会存(cún)在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科(kē)学家们(men)在过去(qù)的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却(què)没有发(fā)现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了一(yī)个地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就(jiù)通(tōng)过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王(wáng)星(xīng)的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发(fā)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(dàn)是这(zhè)些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨(cí)兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量(liàng)后发星系(xì)团的质量。这是一(yī)个由数千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系团的质量一般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测(cè)量各个星系(xì)的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当测量结(jié)果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团中很多星系的速度比理论上要快得(dé)多(duō)，按照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生(shēng)的引力(lì)是(shì)无(wú)法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛(pāo)出(chū)星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的(de)力量(liàng)在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于(yú)某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这样部分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但(dàn)是它们(men)却(què)占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部(bù)分(fēn)的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们(men)对这(zhè)样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年(nián)之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星(xīng)系中的(de)恒(héng)星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的(de)运行速度就会越(yuè)慢。但是他(tā)们观测的(de)结果(guǒ)却让(ràng)人(rén)感到(dào)不可思议(yì)。

随着与中心距离的(de)增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没(méi)有足够大的(de)质量来吸引它们(men)，这些外围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了(le)。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家们会使(shǐ)用一种相对(duì)标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种方(fāng)法就(jiù)是测量(liàng)星系当中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的(de)结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的(de)力(lì)量进入(rù)其中。

于是科学(xué)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，发现(xiàn)它们的(de)旋转速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的力(lì)学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不(bù)例(lì)外，太阳(yáng)系(xì)位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远(yuǎn)远大(dà)于理论速度，那么(me)产生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就是存(cún)在(zài)着一(yī)种我们看不到的物质，是(shì)这(zhè)些暗物(wù)质(zhì)的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的(de)存在(zài)。科学(xué)家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗物质的(de)质(zhì)量占整(zhěng)个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯一(yī)可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天文(wén)学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河(hé)系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必(bì)须(xū)存在暗物质，否手机扩展内存是什么意思则就会分崩(bēng)离析(xī)。但是科学家们(men)使用最(zuì)先进的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系(xì)的暗物(wù)质，已经(jīng)被附近的另一(yī)个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现象的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就是(shì)人(rén)类对(duì)引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能(néng)在(zài)不同尺度空间(jiān)中的(de)工作(zuò)方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星(xīng)系团之间(jiān)的相互(hù)作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外(wài)部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的(de)是在数百万(wàn)光年的规模上，巨(jù)大(dà)的质(zhì)量(liàng)之间(jiān)会(huì)产(chǎn)生对(duì)彼此(cǐ)特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对(duì)现在(zài)的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也(yě)让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的(de)其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在(zài)星(xīng)系的(de)气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用(yòng)就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部(bù)分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来验证它的质量(liàng)区域(yù)到底(dǐ)是不是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观(guān)测(cè)者(zhě)之(zhī)间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨大的(de)天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子(zi)弹星系团观(guān)测的(de)时候，发现它的大质量区(qū)域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的(de)解释方(fāng)法就是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被认为是(shì)暗(àn)物质存(cún)在的迄今为止最(zuì)好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区(qū)域(yù)，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们(men)通过(guò)对前景背(bèi)景分离后的(de)二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图(tú)形看(kàn)起(qǐ)来不应该是这(zhè)样(yàng)的(de)，而随(suí)着暗物质的增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅(fú)度(dù)会减小，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物质大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例是一致的(de)。这(zhè)就(jiù)意(yì)味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底(dǐ)是(shì)什么(me)？科学(xué)家们已经提出了(le)数十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而(ér)要寻找这些不同的(de)目(mù)标粒(lì)子所需(xū)要的(de)实验方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类(lèi)为了寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作(zuò)用(yòng)的(de)“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经进行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的实验，却(què)没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现，除(chú)了(le)一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学(xué)实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年的数据收集(jí)，人们(men)发(fā)现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最(zuì)低(dī)，而(ér)且(qiě)在20年当中每(měi)年都是一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这可(kě)能是人类发(fā)现暗(àn)物(wù)质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么(me)暗物(wù)质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河(hé)系进(jìn)行移动，那(nà)么(me)如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们(men)也(yě)在以这样的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质(zhì)流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应(yīng)的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到(dào)完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但(dàn)是这(zhè)并不(bù)影响这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然(rán)也可能有其(qí)他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异(yì)也(yě)可(kě)能是温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上(shàng)的积(jī)雪(xuě)，甚至(zhì)连(lián)意大(dà)利游(yóu)客的数(shù)量也符合这个周期的(de)规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的(de)非(fēi)常有(yǒu)力(lì)的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法(fǎ)提供相(xiāng)应(yīng)的数(shù)据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜(jìng)叫(jiào)做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中(zhōng)一个关(guān)键的(de)用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的(de)科学家(jiā)丹(dān)琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的(de)一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的(de)效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的(de)实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴们(men)，你们(men)觉得暗物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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