宇宙是“人(rén)为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但是却(què)没有发(fā)现(xiàn)任何(hé)的有效(xiào)证(zhèng)据。除(chú)了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运(yùn)行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不(bù)符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的(de)轨(guǐ)道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥(míng)王星的(de)发现都是应用万(wàn)有引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天(tiān)文成(chéng)就的例(lì)子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情(qíng)就(jiù)开(kāi)始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究和测量后(hòu)发星系团的(de)质量(liàng)。这(zhè)是一(yī)个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被引力束(shù)缚在一(yī)起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可(kě)以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系团的运动速度。当(dāng)测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着(zhe)，后发座(zuò)星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度的过(guò)程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出(chū)了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发(fā)散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时(shí)的(de)人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，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。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量星(xīng)系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心(xīn)更(gèng)远距离(lí)的氢元素(sù)，发现它(tā)们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也(yě)不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个实(shí)际速度远远大于理论速度(dù)，那么(me)产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在(zài)着一种我们看不到(dào)的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚(jù)集在了(le)一起。

也(yě)是(shì)从(cóng)这时(shí)开始，越来越多(duō)的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的(de)质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发(fā)现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银(yín)河系的(de)千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该(gāi)星系必(bì)须存(cún)在(zài)暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先(xiān)进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行(xíng)了(le)40个(gè)小(xiǎo)时的(de)详(xiáng)细(xì)测量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用(yòng)正常的物(wù)质和(hé)力(lì)学定律来解(jiě)释的。那么又有人提(tí)出(chū)，也(yě人类的菊花能扩大到多少，人类的菊花是什么)许该星系(xì)的暗(àn)物(wù)质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没有任何星系存在。造(zào)成(chéng)这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的假说之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道(dào)，按(àn)照(zhào)我(wǒ)们(men)所理(lǐ)解的(de)方式运(yùn)动。但(dàn)是(shì)上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用(yòng)则是不(bù)同的方(fāng)式。对于(yú)在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进(jìn)行修(xiū)正，这些发(fā)现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就(jiù)此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他的(de)理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年(nián)的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质(zhì)量(liàng)都(dōu)在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气(qì)体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分的质(zhì)量(liàng)将位于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过什么(me)来验证它的(de)质量区域(yù)到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨(jù)大(dà)的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么问题，而(ér)是这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和我们(men)地(dì)球上的观测者之间。被(bèi)一(yī)个(gè)质量(liàng)超级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个(gè)现象就是引力(lì)透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量的(de)黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人(rén)们对子弹星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的(de)大质量区域(yù)并不是在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释方法(fǎ)就是当星(xīng)团(tuán)发生(shēng)全(quán)部(bù)的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到(dào)的质量气体(tǐ)被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引(yǐn)力(lì)透镜研(yán)究也被认(rèn)为是(shì)暗物(wù)质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的(de)理论证(zhèng)据(jù)。

除此(cǐ)之(zhī)外(wài)，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的(de)部(bù)分表示温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷的(de)区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对(duì)前景(jǐng)背景分离(lí)后(hòu)的二(èr)值图(tú)像进(jìn)行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物(wù)质，图(tú)形看起(qǐ)来(lái)不应该(gāi)是这(zhè)样的(de)，而随着(zhe)暗物质(zhì)的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质大约(yuē)是普通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒(héng)星运(yùn)动(dòng)所需要的暗(àn)物(wù)质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的(de)粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引(yǐn)力来相互(hù)作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于找到了(le)暗物质存(cún)在的实际证据(jù)。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的(de)假想目标，而(ér)要寻(xún)找(zhǎo)这些不(bù)同的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的(de)实(shí)验方式(shì)也不(bù)相同(tóng)。在过(guò)去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会(huì)与(yǔ)常规(guī)物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何(hé)实(shí)质(zhì)性的发(fā)现，除了(le)一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉(mài)。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个(gè)三层楼高的探测器(qì)，一(yī)直(zhí)致(zhì)力于(yú)寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期(qī)性震荡人类的菊花能扩大到多少，人类的菊花是什么。

自1997年以来，这里的(de)科学家(jiā)声称观测(cè)到(dào)了某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人们发(fā)现(xiàn)了一(yī)个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一(yī)样(yàng)。一(yī)些科学(xué)家认为(wèi)这可能(néng)是(shì)人(rén)类发现暗物质(zhì)的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质(zhì)会(huì)产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太(tài)阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕(rào)着银(yín)河系进行移动，那么(me)如果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着(zhe)我们也(yě)在(zài)以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会(huì)产生相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完(wán)全一致，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越(yuè)暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并不影(yǐng)响这个理论的(de)有效性(xìng)。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期信号的差异也(yě)可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意(yì)大利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南(nán)半球(qiú)建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季(jì)节(jié)与之前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而(ér)在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实验室(shì)是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目(mù)前还无法提供相应的(de)数(shù)据支(zhī)持(chí)。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结果，我们(men)只能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室粒(lì)子(zi)天体物理中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进(jìn)化(huà)的(de)一个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理(lǐ)论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在(zài)通过这(zhè)样的效应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些(xiē)推论的(de)大(dà)前提是(shì)要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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