宇(yǔ)宙(zhòu)是“人(rén)为(wèi)制造(zào)”的？为何会(huì)存(cún)在(zài)科学(xué)无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的(de)证据，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行了万里长城是秦始皇造的吗，长城是秦始皇修建的吗超过50次的长期实(shí)验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数(shù)学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文学(xué)家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他(tā)们就会(huì)知(zhī)道，周(zhōu)围一(yī)定(dìng)有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在(zài)摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用(yòng)万有引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天文成(chéng)就的例子。但是(shì)这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星(xīng)团的(de)尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就(jiù)可以(yǐ)确定其(qí)质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个星系的(de)光度。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量(liàng)的(de)计(jì)算，是(shì)利用光谱红移测量(liàng)星系团中的(de)各个星系相对于星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学(xué)质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异(yì)的(de)是，在测(cè)量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中很多(duō)星(xīng)系的速(sù)度比理论上要快(kuài)得多(duō)，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质(zhì)量所(suǒ)产生(shēng)的引(yǐn)力(lì)是无法(fǎ)将它(tā)们(men)束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神(shén)秘的(de)力量在起作用，这(zhè)种力(lì)量来源于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时的人们对(duì)这样的(de)一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在观测(cè)仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就(jiù)会越(yuè)慢(màn)。但是他们(men)观(guān)测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离(lí)的增加(jiā)，恒(héng)星的(de)旋转速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有足(zú)够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋转速(sù)度。如果出现异(yì)常的结(jié)果，就认(rèn)为是(shì)由暗物(wù)质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们(men)通(tōng)过射电望远镜测量(liàng)了(le)距离星(xīng)系中心更远距离(lí)的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的(de)旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系(xì)也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离(lí)银河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算，太阳系(xì)的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际(jì)上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际(jì)速度(dù)远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因(yīn)很可(kě)能(néng)就是存在着(zhe)一种我们(men)看(kàn)不(bù)到的物质，是这些暗物(wù)质(zhì)的(de)引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来(lái)越(yuè)多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外(wài)恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在(zài)星(xīng)系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是(shì)唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会(huì)出现速度(dù)上的(de)微(wēi)小差异。另外，天文(wén)学家还发现了(le)一(yī)个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系不(bù)多，但是(shì)星系当中存在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了(le)40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定律(lǜ)来(lái)解释(shì)的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另(lìng)一(yī)个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星系存在。造(zào)成(chéng)这些现(xiàn)象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对(duì)引力的(de)理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解的(de)方式(shì)运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万(wàn)光年的(de)规(guī)模(mó)上，巨大(dà)的质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这(zhè)意味着(zhe)我们(men)需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多(duō)人认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗物(wù)质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙(méng)德理论(lùn)所没法解释(shì)的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的(de)普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致(zhì)温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大(dà)部分的(de)质量将位于所有这些(xiē)气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么(me)来验证它的质量区域到底是不是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第(dì)一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清(qīng)照片(piàn)，在照(zhào)片中(zhōng)我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看(kàn)到(dào)很多星系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这(zhè)些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题(tí)，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们(men)地球(qiú)上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个(gè)现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域(yù)并不是在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是(shì)当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被(bèi)观测到(dào)的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认(rèn)为是暗(àn)物质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过了(le)130多(duō)亿年之(zhī)后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留(liú)下了各相同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的(de)部分表示温度(dù)较高(gāo)的(de)区域，蓝色则(zé)表示相对(duì)较冷的区(qū)域，但实际上它们(men)之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对(duì)前景背(bèi)景分离(lí)后的二(èr)值图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗(àn)物(wù)质的增加，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是一(万里长城是秦始皇造的吗，长城是秦始皇修建的吗yī)致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物(wù)质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到(dào)了暗(àn)物质存在(zài)的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的(de)目标粒子所需要(yào)的(de)实验方式也不相(xiāng)同(tóng)。在(zài)过(guò)去的几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进(jìn)行了超过(guò)50次的实(shí)验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了(le)一个(gè)地方，意大(dà)利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实(shí)验(yàn)室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个(gè)三层楼高的(de)探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学(xué)家(jiā)声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据(jù)收集(jí)，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为(wèi)这可能是(shì)人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围(wéi)绕(rào)着(zhe)银河系进(jìn)行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球(qiú)围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太阳环(huán)绕(rào)银(yín)河系(xì)的(de)方向是(shì)一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全(quán)一(yī)致(zhì)，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实际的(de)情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并不(bù)影响(xiǎng)这个理论的(de)有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家认为这可(kě)以用来(lái)解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观(guān)测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能(néng)有其他(tā)的情况，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山(shān)上的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客(kè)的数量(liàng)也符合这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科(kē)学家们又在南(nán)半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物(wù)质所存在的(de)非(fēi)常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目(mù)前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数(shù)据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的(de)视(shì)野是哈(hā)勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的(de)结果，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待(dài)了。费米实验室(shì)粒子(zi)天(tiān)体物理中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研(yán)究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得(dé)到(dào)进一(yī)步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗(àn)物(wù)质正在(zài)通过这样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当(dāng)然，这(zhè)些(xiē)推论的大(dà)前提是要(yào)先找到暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是(shì)我更新的动力(lì)！

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