宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们(men)在过(guò)去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲(zhé)学(xué)数学原(yuán)理一(yī)书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它(tā)揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王星(xīng)的存在(zài)。另(lìng)外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律所取得重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的(de)质量一般会使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个星系的光(guāng)度。

第(dì)二种是动力学(xué)质(zhì)量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系(xì)团(tuán)的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速(sù)度(dù)的(de)过程中，兹威基(jī)发(fā)现星系(xì)团中很多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量(liàng)所产生的引力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它们早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在(zài)起(qǐ)作用，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这(zhè)样部分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的(de)人们对(duì)这样(yàng)的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才(cái)再一(yī)次出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特(tè)福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座(zuò)星系中的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引力定律，在(zài)星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足(zú)够大的(de)质(zhì)量来吸引它们，这古巴对中国人友好吗，古巴为什么对中国人这么好(zhè)些外围(wéi)的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。基(jī)于这种现象，科学家们(men)会(huì)使用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗物(wù)质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测(cè)量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出现(xiàn)异(yì)常(cháng)的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学家们通过(guò)射电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太(tài)阳(yáng)系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速(sù)度，那么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的(de)原因(yīn)很可能就是存(cún)在着一种我们(men)看不(bù)到的(de)物质，是这些暗(àn)物(wù)质的引力效应将星系(xì)聚集在(zài)了一起。

也是(shì)从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是唯一可(kě)以(yǐ)解释这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎(hū)没(méi)有引力效(xiào)应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学(xué)家还发现了一个反(fǎn)常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当(dāng)中存在(zài)的恒星数(shù)量却(què)只有银(yín)河系(xì)的(de)千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是(shì)可以用正(zhèng)常的物(wù)质和力学定律来(lái)解(jiě)释的。那么又(yòu)有人提出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗(àn)物(wù)质，已(yǐ)经被附近的(de)另一个大(dà)星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引(yǐn)力(lì)的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不(bù)同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的(de)天体会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照我们所理解的(de)方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间的相互作用，科(kē)学(xué)家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模(mó)上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们(men)需(xū)要(yào)对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在的其他的(de)理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大(dà)部分(fēn)的普(pǔ)通(tōng)质量都在(zài)星系的(de)气体(tǐ)当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的(de)相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子(zi)弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质(zhì)量将位于所有这些气(qì)体(tǐ)所在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是不是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片(piàn)中我(wǒ)们可以明(míng)显地看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系(xì)本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极(jí)遥远的(de)天体(tǐ)和我们地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超(chāo)级(jí)巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞(dòng)或(huò)者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星(xīng)系团观测的(de)时候，发(fā)现它的大质量区域(yù)并(bìng)不是在(zài)中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可(kě)被观测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团的引力(lì)透镜研究也(yě)被认为是暗物质存(cún)在的迄(qì)今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部(bù)分表示温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之(zhī)间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我们需要的(de)暗物(wù)质大(dà)约是普通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这(zhè)就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的(de)观(guān)测结果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种类型的粒(lì)子(zi)，它们不参(cān)与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到(dào)了暗物质存(cún)在的实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是(shì)什(shén)么？科学(xué)家们已经(jīng)提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实验，却没(méi)有任何实质(zhì)性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏(cáng)着地(dì)球(qiú)上(shàng)最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家(jiā)声称(chēng)观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发(fā)现了一个有趣的事(shì)情(qíng)。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而(ér)且在20年(nián)当中每(měi)年(nián)都(dōu)是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发(fā)现暗物质(zhì)的第一(yī)个(gè)直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移(yí)动(dòng)，那(nà)么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着(zhe)我们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达(dá)到(dào)完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的(de)情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们(men)所观(guān)测(cè)到(dào)的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成(chéng)这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号的差异(yì)也(yě)可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意(yì)大(dà)利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

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所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建立了一个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这(zhè)里的季(jì)节(jié)与之前的实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得(dé)到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应(yīng)的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃古巴对中国人友好吗，古巴为什么对中国人这么好望远镜(jìng)相(xiāng)同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提(tí)供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途(tú)就(jiù)是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它们极有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的(de)一个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙当中的(de)暗(àn)物质会不(bù)会(huì)意(yì)味(wèi)着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落(luò)的(de)行(xíng)星上，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前(qián)提是(shì)要先找到暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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