宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科学(xué)无法(fǎ)解(jiě)释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了(le)寻(xún)找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天(tiān)体通(tōng)过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒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(xīng)的(de)存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大(dà)天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗里茨兹威基正在(zài)研(yán)究和测(cè)量后发(fā)星系(xì)团的(de)质(zhì)量。这是(shì)一个由数(shù)千(qiān)个星(xīng)系(xì)所(suǒ)组成(chéng)的(de)巨大(dà)星系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，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(dù)学的质量"，需要(yào)的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利(lì)用(yòng)光谱红移测量(liàng)星系团中(zhōng)的各(gè)个星系相对于(yú)星系团(tuán)的运动(dòng)速(sù)度(dù)。当(dāng)测量结果出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质(zhì)量(liàng)”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们(men)无(wú)法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的(de)速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是(shì)无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒(héng)星运(yùn)动(dòng)。理论(lùn)上来(lái)说(shuō)，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道(dào)上(shàng)的运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于(yú)这种现象，科学(xué)家们会使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗(àn)物质的(de)存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测(cè)量(liàng)星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星(xīng)系中(zhōng)心的(de)距(jù)离(lí)，以及(jí)在(zài)Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速(sù)度。如(rú)果出(chū)现异(yì)常的结果，就认为是由暗(àn)物(wù)质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的(de)氢元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不(bù)符合牛顿的力(lì)学(xué)定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太(tài)阳系(xì)的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远(yuǎn)大(dà)于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在(zài)着一种我(wǒ)们(men)看(kàn)不到(dào)的物(wù)质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越来越多(duō)的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星(xīng)系(xì)当中暗物(wù)质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这(zhè)个现象的(de)原因。在(zài)一项新(xīn)的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的(de)微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒(héng)星(xīng)数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系(xì)的千分之一(yī)。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该(gāi)星系(xì)必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离(lí)析(xī)。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的(de)物质和(hé)力学定律来解(jiě)释(shì)的(de)。那么又(yòu)有人(rén)提出，也许该(gāi)星系的(de)暗物质，已经被(bèi)附近(jìn)的另一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的(de)假说(shuō)之外，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对引(yǐn)力(lì)的(de)理解(jiě)还不(bù)够全面，引力(lì)很可能(néng)在不同(tóng)尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的(de)轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间(jiān)的(de)相互作用(yòng)，科学家还(hái)引入(rù)了外部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是(shì)在数(shù)百万光年的(de)规模(mó)上，巨大的(de)质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这(zhè)意味着我们(men)需要对现在的(de)物(wù)理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的(de)其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度的(de)急剧升高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团大部分(fēn)的质量将位于(yú)所有这些气(qì)体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什么(me)来验证它的(de)质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变。其实(shí)这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球上的观测(cè)者之间。被(bèi)一个质(zhì)量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远星系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大(dà)的(de)天体(tǐ)可能是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗(àn)物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并(bìng)不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质(zhì)则(zé)直接(jiē)通过了这个(gè)区域，并(bìng)在(zài)两边形成(chéng)了引力透镜。对子(zi)弹星系(xì)团的引力透镜(jìng)研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论证据。

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除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的(de)部(bù)分(fēn)表示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝(lán)色(sè)则表示相对较冷(lěng)的区(qū)域，但实际上它们之(zhī)间的(de)温差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过(guò)对(duì)前景背景分离后的二值图(tú)像进行连通域提(tí)取和(hé)标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的(de)幅度(dù)会减小，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的(de)理论框架(jià)，就很好地解释(shì)了很(hěn)多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在(zài)着某种类型的(de)粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力(lì)来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家(jiā)们已经提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目(mù)标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在过去的几十(shí)年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不(bù)会(huì)与常规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为81的算术平方根是多少，81的算术平方根计算过程这可能是(shì)人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么(me)暗(àn)物质(zhì)会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了(le)太(tài)阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们也(yě)在(zài)以这(zhè)样(yàng)的速(sù)81的算术平方根是多少，81的算术平方根计算过程度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个(gè)过程中会产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系的方向是(shì)一致(zhì)的(de)，而另外(wài)半年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快的(de)时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但(dàn)是这并不影响这个理(lǐ)论(lùn)的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科(kē)学(xué)家认(rèn)为这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期(qī)信(xìn)号的(de)差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至(zhì)连意(yì)大利(lì)游(yóu)客的数量也(yě)符合这(zhè)个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们(men)又在(zài)南(nán)半球建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和(hé)第一个实验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的视(shì)野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待(dài)了。费米实验室(shì)粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的(de)效(xiào)应创(chuàng)造(zào)生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实际(jì)证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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