宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年(nián)当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期(qī)实验，但是却(què)没有发现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不(bù)符合(hé)万有引力定律的(de)时候(hòu)，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通过(guò)天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得(dé)重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上升(shēng)到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞(ruì)士(shì)的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测(cè)量后发星系团的(de)质量(liàng)。这是一(yī)个由数千个星(xīng)系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的(de)质量(liàng)一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的(de)数(shù)据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各(gè)个星系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结(jié)果出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量(liàng)并(bìng)不以可(kě)见光的形式所存(cún)在，我们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的(de)是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系的(de)质(zhì)量所产生(shēng)的引力是无法将它(tā)们束(shù)缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了(le)，除非有一种神(shén)秘(mì)的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出(chū)了(le)这样部分不可见的暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才(cái)再一次(cì)出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上(shàng)来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度(dù)就会(huì)越慢。但是他们观测(cè)的结果(guǒ)却让人(rén)感到不可思议。

随(suí)着(zhe)与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系(xì)当中(zhōng)如果没有足够大(dà)的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方(fāng)法来解释(shì)暗物质的存(cún)在(zài)，这种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出(chū)现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了(le)距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)并不(bù)符(fú)合牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我们的(de)太(tài)阳系也不(bù)例(lì)外，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银(yín)河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因(yīn)很可(kě)能(néng)就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多(duō)的研究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系(xì)当中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的(de)微小差(chà)异。另外(wài)，天文(wén)学家还发(fā)现了(le)一个反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但(dàn)是(shì)星系(xì)当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先(xiān)进的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的(de)详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)是可以用正常的物质和(hé)力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是(shì)，它的(de)附近(jìn)没有任(rèn)何星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除了(le)暗(àn)物质的假说(shuō)之(zhī)外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人(rén)类对引力的(de)理解还(hái)不够(gòu)全面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着(zhe)它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解(jiě)的方(fāng)式(shì)运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用(yòng)则是(shì)不(bù)同的方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还(hái)引入了外(wài)部场效应的(de)概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的(de)质(zhì)量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的(de)物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人认(rèn)为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还(hái)有(yǒu)关(guān)于暗物质存(cún)在的其他(tā)的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解(jiě)释(shì)的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似这样的(de)星团(tuán)，它们大(dà)部分(fēn)的(de)普通质量都在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气(qì)体的(de)相(xiāng)互作用(yòng)就会(huì)导(dǎo)致温度的(de)急(jí)剧升高，速度(dù)大(dà)幅(fú)降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的(de)质量区域到底是不是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们(men)可以明显地(dì)看到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星(xīng)系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上的(de)观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的(de)东西的(de)引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)观测的时(shí)候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区域并(bìng)不是在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解(jiě)释方法(fǎ)就(jiù)是(shì)当(dāng)星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了(le)这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形(xíng)成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除(chú)此之(zhī)外(wài)，还有(yǒu)来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光(guāng)终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它(tā)们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学(xué)家们(men)通过对(duì)前景背景分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行连通域(yù)提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图(tú)形看(kàn)起来不应该是这(zhè)样(yàng)的(de)，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是一(yī)致(zhì)的。这(zhè)就意(yì)味着。

用(yòng)了(le)一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么(me)？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同的(de)目标粒子所需要的实(shí)验(yàn)方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与733是什么意思常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最大的(de)地(dì)学实验(yàn)室(shì)，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣(qù)的(de)事(shì)情。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都(dōu)是一样(yàng)。一(yī)些科学(xué)家(jiā)认为这可能(néng)是(shì)人类发(fā)现暗物(wù)质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进(jìn)行移动，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时(shí)地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银(yín)河系的方(fāng)向是一致的(de)，而(ér)另(lìng)外半年则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球(qiú)与太阳的方(fāng)向正好达到(dào)完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个(gè)理论(lùn)的(de)有效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的(de)情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了一(yī)个几乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第(dì)一个实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存(cún)在的(de)非常有力的(de)证据了。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚建成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于探(tàn)测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体(tǐ)物(wù)理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会(huì)不会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的(de)效应(yīng)创造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的(de)大前提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存(cún)在的(de)实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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