宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何会(huì)存(cún)在(zài)科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)存在的(de)证据，科学家们在过(guò)去的(de)几十年(nián)当中(zhōng)进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实验，但是却(què)没(méi)有发现任(rèn)何的有效(xiào)证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文(wén)成就的(de)例子。但(dàn)是(shì)这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们(men)上升到星(xīng)系(xì)或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变(biàn)得(dé)诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一(yī)般会使(shǐ)用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的(de)数据是测(cè)量各(gè)个星系(xì)的光(guāng)度(dù)。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测(cè)量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的(de)质(zhì)量(liàng)消(xiāo)失了，或(huò)者(zhě)说这99%的(de)质量并不(bù)以可见(jiàn)光的(de)形式所存在(zài)，我(wǒ)们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的(de)速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生(shēng)的引力(lì)是无法将它(tā)们(men)束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除(chú)非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这(zhè)样部分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大(dà)部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样(yàng)的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才再(zài)一次出现。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测(cè)仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒(héng)星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上的运行速(sù)度就会越慢(màn)。但是(shì)他(tā)们观测的结果(guǒ)却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距(jù)离的(de)增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中(zhōng)如(rú)果没(méi)有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家(jiā)们会(huì)使用一种相对标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测(cè)量(liàng)星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元素，发(fā)现它(tā)们(men)的旋转速(sù)度并不符(fú)合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存(cún)在着一(yī)种我们(men)看不到的物质，是(shì)这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越来(lái)越多的研(yán)究人员(yuán)开始相信暗(àn)物(wù)质的存在。科(kē)学家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象的(de)原(yuán)因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们(men)发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另(lìng)外(wài)，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不(bù)多，但是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星数(shù)量却(què)只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗(àn)物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学(xué)家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物(wù)质(zhì)和力(lì)学定(dìng)律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的(de)除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解还(hái)不够全面(miàn)，引力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度空(kōng)间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不同(tóng)的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在(zài)星(xīng)系团之间的相互(hù)作用(yòng)，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗物质存在的(de)其(qí)他的(de)理论证据(jù)，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的(de)子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成(chéng)，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们(men)大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过什么来(lái)验证它的质量区域到(dào)底是(shì)不是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这(zhè)些星系本(běn)身(王菲是什么星座，王菲是什么星座的人shēn)并(bìng)不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西(xī)的引力(lì)，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团(tuán)发(fā)生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被观测到(dào)的(de)质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通(tōng)过了这个区(qū)域，并(bìng)在两边形成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可(kě)以畅(chàng)通(tōng)无阻(zǔ)地(dì)穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了(le)。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色(sè)的部(bù)分(fēn)表示温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之(zhī)间的温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科学家们(men)通(tōng)过对前景背景分离后(hòu)的二(èr)值图像进行(xíng)连通域提取和(hé)标记之后发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的(de)，而随着暗物质的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒星运(yùn)动所需要(yào)的暗物(wù)质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的(de)观(guān)测结果。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子(zi)的存(cún)在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经(jīng)提出了(le)数(shù)十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻(xún)找这些不同的目(mù)标粒(lì)子所需要的实验方式也(yě)不(bù)相同。在(zài)过去的(de)几十年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们(men)已经(jīng)进行了超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任何(hé)实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的(de)地学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探(tàn)测(cè)器(qì)，一(yī)直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人(rén)们发现了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测率(lǜ)王菲是什么星座，王菲是什么星座的人会在每年的6月(yuè)份达到峰(fēng)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。一些科学家认为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗(àn)物质的第(dì)一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是(shì)为什么(me)暗物质会产生(shēng)周期性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样(yàng)的(de)速(sù)度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时(shí)间，地(dì)球围绕(rào)太(tài)阳的(de)方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到(dào)完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的(de)情况中，太阳系相对银(yín)河系的(de)平面(miàn)呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这(zhè)可以用来(lái)解(jiě)释，研究人(rén)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，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号(hào)的差(chà)异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大(dà)利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家(jiā)们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验(yàn)室，这(zhè)里的(de)季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿(chuān)过(guò)暗(àn)物(wù)质流的运(yùn)动特(tè)征和第一(yī)个实验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可(kě)以得(dé)到(dào)相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在的(de)非常(cháng)有力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目(mù)前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)其中(zhōng)一(yī)个关(guān)键的(de)用途就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测的(de)结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种暗物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是(shì)生命(mìng)进(jìn)化的一个重要因素。

如(rú)果这一(yī)理(lǐ)论得(dé)到进一步(bù)的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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