宇宙(zhòu)是(shì)“人为(wèi)制造”的(de)？为(wèi)何(hé)会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存(cún)在(zài)的证据，科(kē)学家们(men)在过去的(de)几十(shí)年当中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是(shì)却没有发现任(rèn)何的有效证据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然(rán)哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来(lái)，当(dāng)天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不(bù)符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道(dào)的异(yì)常(cháng)，推算并(bìng)且(qiě)发现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星(xīng)的发现都(dōu)是(shì)应(yīng)用(yòng)万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒星系统的(de)尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系(xì)或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系团的(de)质(zhì)量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系(xì)被引(yǐn)力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确(què)定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第一(yī)种是(shì)获得其"光度(dù)学(xué)的质量"，需要(yào)的(de)数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质(zhì)量的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量星(xīng)系团中(zhōng)的各(gè)个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量(liàng)并不(bù)以可见光(guāng)的(de)形式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速度比理(lǐ)论上要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星系(xì)的(de)质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星(xīng)系(xì)团内的(de)，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系团之(zhī)外(wài)了，除(chú)非有(yǒu)一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起作用，这种力(lì)量(liàng)来源(yuán)于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分(fēn)不可(kě)见(jiàn)的暗质(zhì)，它不(bù)发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的(de)质(zhì)量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词才再一(yī)次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女座星系(xì)中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢(màn)。但(dàn)是(shì)他们观测的结果却让(ràng)人(rén)感到不可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距(jù)离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎(hū)保持不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足够大的(de)质量来吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相(xiāng)对标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的(de)距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果(guǒ)，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的力(lì)量进入(rù)其中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定(dìng)律(lǜ)。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万(wàn)光(guāng)年，根(gēn)据万有引力定律进行计(jì)算(suàn)，太阳系的(de)运(yùn)行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实(shí)际速(sù)度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不(bù)到的物质，是这些暗物质的(de)引力效应将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始，越来(lái)越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外(wài)恒星(xīng)轨道(dào)的速(sù)度(dù)，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原因。在一项新(xīn)的研(yán)究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现速(sù)度(dù)上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现了(le)一个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但是(shì)星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的(de)千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须(xū)存(cún)在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物(wù)质和力(lì)学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的(de)另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它的(de)附近(jìn)没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味(wèi)着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到(dào)星(xīng)系和星团的尺度，引力(lì)之间(jiān)的相(xiāng)互作用则是(shì)不(bù)同的(de)方式(shì)。对于在(zài)星系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科学家还(hái)引入了(le)外(wài)部场效(xiào)应(yīng)的(de)概念(niàn)，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间会(huì)产生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对(duì)现(xiàn)在(zài)的物理(lǐ)定律进(jìn)行修(xiū)正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据(jù)，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的(de)子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组成，类似(shì)这样的星(xīng)团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互(hù)作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区(qū)域(yù)。那么(me)我们通过什么来验证它的(de)质量区域到底是不是(shì)集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们(men)可以明(míng)显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大(dà)的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系(xì)本身并不是真的(de)被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的(de)观测者之间。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身(shēn)后(hòu)更遥(yáo)远(yuǎn)星系的(de)光都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域(yù)并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最(zuì)好的(de)解释方(fāng)法就是当星团(tuán)发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可(kě)被观测到的(de)质量气体被卡(kǎ)在(zài)了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通过了(le)这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经(jīng)过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发(fā)现，如(rú)果(guǒ)宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是这样的，而(ér)随着暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰(fēn电热毯可以水洗吗，电热毯怎么清洗g)值的幅度(dù)会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星(xīng)系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就意(yì)味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很好地(dì)解释了很多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)存(cún)在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能(néng)够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物质存在的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学(xué)家们已经提(tí)出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标(biāo)，而(ér)要寻找这些不(bù)同的目(mù)标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经进行了超过50次(cì)的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实(shí)验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的(de)科学家声称观(guān)测到(dào)了某种信号。经过了20多年(nián)的(de)数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的(de)事(shì)情。探测率(lǜ)会在每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而(ér)且在20年(nián)当中每年(nián)都是一样(yàng)。一些科(kē)学家(jiā)认为这可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第(dì)一个(gè)直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为(wèi)什么(me)暗物(wù)质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài电热毯可以水洗吗，电热毯怎么清洗)阳系正在(zài)以220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河(hé)系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度(dù)在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环(huán)绕(rào)银河系的(de)方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快的(de)时段。而(ér)在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河系的(de)平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响(xiǎng)这(zhè)个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以用来解释，研(yán)究人员们(men)所观测到的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的(de)积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的(de)实(shí)验室(shì)，这里的季节与之前(qián)的实验(yàn)室(shì)正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿(chuān)过(guò)暗物质(zhì)流的运动特征和第一个(gè)实验室(shì)是一(yī)样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在(zài)这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在(zài)的(de)非常有力(lì)的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以(yǐ)截(jié)至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望(wàng)远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的(de)视(shì)野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的用途(tú)就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测的(de)结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了(le)。费米(mǐ)实验室粒(lì)子天体物(wù)理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神(shén)秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的一个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个(gè)角落的行星上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的(de)实际证据(jù)。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗(àn)物质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力(lì)！

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