宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物(wù)质存在(zài)的证据，科学(xué)家们在过去(qù)的(de)几(jǐ)十(shí)年当中(zhōng)进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期实(shí)验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定(dìng)律(lǜ)的(de)时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都是(shì)应用(yòng)万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的(de)例子。但是(shì)这些发现都(dōu)是在恒星系统的(de)尺度(dù)当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星系(xì)团(tuán)的质量。这是一(yī)个由(yóu)数千个(gè)星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力(lì)束缚(fù)在一起。测(cè)量星(xīng)系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一(yī)致，就(jiù)可以确定其(qí)质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的(de)光度。

第(dì)二(èr)种(zhǒng)是(shì)动力学(xué)质量的计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星(xīng)系(xì)团中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速(sù)度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座(zuò)星(xīng)系(xì)团有99%的(de)质(zhì)量消失了(le)，或者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不(bù)以可见光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到。最诡异的是(shì)，在(zài)测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理论上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见(jiàn)星系的(de)质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力(lì)量(liàng)在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量(liàng)来源(yuán)于某(mǒu)种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这样(yàng)部分不可(kě)见的暗(àn)质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质(zhì)量。只是当时(shí)的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨道(dào)上的运行速(sù)度就(jiù)会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足够大的质量(liàng)来(lái)吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对(duì)标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测(cè)量星系当中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星系(xì)中(zhōng)心的(de)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(wù)质的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过(guò)射电望远镜(jìng)测量了(le)距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度(dù)并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运行速度(dù)应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论速度，那么(me)产生(shēng)以上这种向(xiàng)心(xīn)加速度的原因很可能就(jiù)是存(cún)在(zài)着一种我们(men)看(kàn)不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一(yī)可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎(hū)没(méi)有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之间，也(yě)会出(chū)现速(sù)度上的(de)微小差异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离(lí)析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运动(dòng)是可(kě)以用正常(cháng)的物质和力学(xué)定(dìng)律来解(jiě)释的。那么又(yòu)有人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗(àn)物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附(fù)近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可(kě)能就是(shì)人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中(zhōng)的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的(de)方式运动。但是(shì)上(shàng)升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的(de)是在(zài)数百万光年的(de)规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我们需(xū)要对现在(zài)的物理定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大(dà)部分(fēn)的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的(de)相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的(de)中间区域。那么我们通(tōng)过什么(me)来验证它(tā)的质量(liàng)区域到底是不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可以明(míng)显地看(kàn)到很多星系似(shì)乎(hū)被拉伸产生(shēng)了(le)巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个(gè)质(zhì)量超(chāo)级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的东(dōng)西的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系(xì)的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是(shì)超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)观(guān)测(cè)的时候，发现它(tā)的大质(zhì)量区域并不(bù)是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所(suǒ)以最(zuì)好的(de)解释方法就是(shì)当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成(chéng)了引力透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在(zài)的(de)迄(qì)今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了(le)各相同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但(dàn)实(shí)际上(shàng)它们(men)之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二(èr)值图像进行连通(tōng)域提取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为十二生肖的酉是什么动物呢，酉的生肖是什么生肖了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质大(dà)约是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了(le)一个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释(shì)了(le)很(hěn)多不同的观测结果。而暗(àn)物质的(de)本质就是(shì)宇宙当中存在着(zhe)某种类型(xíng)的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互(hù)作用(yòng)。所以(yǐ)如(rú)果(guǒ)能(néng)够找到(dào)这种粒子的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实(shí)验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当(dāng)中，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不(bù)见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了(le)超(chāo)过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的(de)发现，除了(le)一个地方，意(yì)大(dà)利的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的(de)地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三(sān)层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的(de)数据(jù)收集，人们发现了(le)一个有趣(qù)的事情(qíng)。探(tàn)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(qiě)在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可能(néng)是人类发现暗物质(zhì)的(de)第一(yī)个直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度(dù)围绕着银河系(xì)进行移动，那么(me)如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们(men)也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的(de)，而(ér)另(lìng)外半年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好达到(dào)完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢(màn)值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不(bù)影响这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研(yán)究人员们所观测到(dào)的(de)周期性信号(hào)。当然也(yě)可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号(hào)的差异(yì)也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大(dà)利游客的(de)数量也符合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之(zhī)前(qián)的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反(fǎn)，而在(zài)这(zhè)里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运(yùn)动特征(zhēng)和第(dì)一个实验室是一样(yàng)的(de)。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得到相同的信号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非常有力的(de)证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一(yī)个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子(zi)天(tiān)体物理中心的(de)科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗(àn)物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞(dàn)生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进(jìn)一步的证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会(huì)不会(huì)意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到(dào)暗物质存(cún)在(zài)的(de)实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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