宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的(de)证(zhèng)据，科学家们(men)在过去(qù)的几(jǐ)十年当(dāng)中(zhōng)进(jìn)行了超过50次(cì)的长期(qī)实验，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个(gè)地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学数(shù)学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些(xiē)天(tiān)体运(yùn)行轨道(dào)出(chū)现异常(cháng)，不(bù)符合万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通(tōng)过(guò)引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本(běn)勒(lēi)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(wáng)星的(de)存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒(héng)星系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们(men)上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正在研究和(hé)测量(liàng)后发(fā)星系(xì)团(tuán)的质量。这是(shì)一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系(xì)被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测量星系(xì)团的(de)质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可(kě)以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光谱红移测(cè)量星系团中的各(gè)个星系相对于星系团(tuán)的运动(dòng)速度(dù)。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然(rán)是(shì)“光(guāng)度学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不(bù)以可(kě)见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很多星系的(de)速(sù)度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系(xì)的质量所产生的引力是(shì)无法将它(tā)们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量(liàng)来(lái)源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是(shì)当时的人们对这样的(de)一种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距(jù)离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果却让人感到(dào)不(bù)可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的(de)方法来(lái)解(jiě)释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测(cè)量星系当(dāng)中气体在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的(de)运行(xíng)速度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远大(dà)于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的(de)原因(yīn)很(hěn)可(kě)能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的(de)研究人员开始(shǐ)相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可以解(jiě)释这个(gè)现象的(de)原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也(yě)会(huì)出现(xiàn)速度上的微小差(chà)异。另外，天文(wén)学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在(zài)的恒(héng)星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必(bì)须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则(zé)就会(huì)分(fēn)崩(bēng)离析(xī)。但是科学(xué)家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个(gè)小时(shí)的(de)详(xiáng)细(xì)测量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是(shì)可乔丹有多高以(yǐ)用正常的物质(zhì)和(hé)力学(xué)定律来(lái)解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引(yǐn)力(lì)的理解还不够全面，引力很可能(néng)在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的(de)工作方式是不(bù)同(tóng)的(de)，这(zhè)意(yì)味着在行(xíng)星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式(shì)运动。但是(shì)上升到星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力(lì)之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系(xì)团(tuán)之间(jiān)的相互(hù)作用，科(kē)学家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年(nián)的规模(mó)上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着我们需(xū)要对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也(yě)让很多(duō)人认为暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还(hái)有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解(jiě)释(shì)的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系(xì)的(de)气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气体的相互作(zuò)用(yòng)就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大部分的质量(liàng)将位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质(zhì)量区域到底是不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们(men)可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并(bìng)不是真的(de)被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么(me)问题，而是(shì)这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一个(gè)质量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东西(xī)的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的(de)大质量区域并不(bù)是(shì)在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的(de)质(zhì)量气体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通(tōng)过了这个(gè)区(qū)域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子(zi)弹星系(xì)团的(de)引力透镜研究也(yě)被认(rèn)为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇宙当(dāng)中了(le)。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留下了(le)各相(xiāng)同(tóng)性的(de)微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图(tú)像进行连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这(zhè)样的(de)，而(ér)随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的幅度(dù)会减小，才(cái)变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需(xū)要的暗物(wù)质大(dà)约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系(xì)当(dāng)中恒星运动所需要(yào)的暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就(jiù)很好地(dì)解释了(le)很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的(de)本(běn)质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何其他的(de)电磁作用，只通过(guò)引力(lì)来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见乔丹有多高(jiàn)、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进(jìn)行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球(qiú)上(shàng)最大的地(dì)学实验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的(de)探(tàn)测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学(xué)家声称观测(cè)到了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的数(shù)据(jù)收集，人们(men)发现(xiàn)了一个有趣(qù)的(de)事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这可能(néng)是人类(lèi)发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我们也在(zài)以(yǐ)这样的速度在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)的(de)方向与太阳(yáng)环绕(rào)银(yín)河系(xì)的方向是一致的，而(ér)另外半(bàn)年则(zé)与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好达到(dào)完(wán)全一致(zhì)，这(zhè)是(shì)理(lǐ)论(lùn)上地(dì)球穿(chuān)越(yuè)暗物(wù)质流最快的时(shí)段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因(yīn)此(cǐ)科(kē)学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号(hào)的差异也可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客的(de)数(shù)量也(yě)符合这(zhè)个(gè)周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室(shì)，这里的季节与之前(qián)的(de)实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流(liú)的运动(dòng)特征和第(dì)一(yī)个实验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得(dé)到相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物(wù)质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前(qián)还无(wú)法提(tí)供相应的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中(zhōng)一(yī)个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能(néng)拭(shì)目以待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子天(tiān)体(tǐ)物理中(zhōng)心(xīn)的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质存在(zài)，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的(de)暗物(wù)质会不会意味着(zhe)人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或(huò)许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些推论的(de)大(dà)前提(tí)是要先找到暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更(gèng)新的(de)动力！

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