宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却(què)没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一(yī)书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规(guī)律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们(men)发现某些天体运行(xíng)轨道出(chū)现异(yì)常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们(men)就会知道，周围(wéi)一(yī)定有(yǒu)未知的天体通过(guò)引力(lì)在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但是(shì)这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我们上(shàng)升到(dào)星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨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(qiān)个(gè)星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量(liàng)星(xīng)系团的(de)质量(liàng)一般会(huì)使(shǐ)用到两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力(lì)学质量(liàng)的计算，是(shì)利(lì)用(yòng)光谱红移测量星系团(tuán)中的各(gè)个星系相对于星(xīng)系团(tuán)的运动(dòng)速(sù)度。当(dāng)测(cè)量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可见光的(de)形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测量速(sù)度的过(guò)程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生的引力(lì)是无法将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之(zhī)外(wài)了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是它们(men)却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的(de)质量。只是(shì)当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次(cì)出(chū)现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在观测仙女(nǚ)座(zuò)星(xīng)系中的(de)恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道(dào)上的运行(xíng)速度就会(huì)越(yuè)慢(màn)。但是他们(men)观测的结果却让(ràng)人感到不可(kě)思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据(jù)牛(niú)顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们(men)，这些(xiē)外(wài)围的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相(xiāng)对标(biāo)准(zhǔn)的(de)方(fāng)法来解(jiě)释(shì)暗物质的存在，这种方法就是(shì)测(cè)量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质的力(lì)量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量(liàng)了距离星系中心(xīn)更远距离的(de)氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银(yín)河(hé)系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有(yǒu)引力(lì)定律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运行速度(dù)应(yīng)该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心(xīn)加速(sù)度(dù)的原因很(hěn)可能就是存在(zài)着一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是这些暗(àn)物(wù)质(zhì)的引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越(yuè)多的研(yán)究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的(de)速度，估(gū)算在星系当(dāng)中暗(àn)物质的质量占整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的(de)研究当中(zhōng)，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还发现了(le)一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是(shì)星系当(dāng)中存在的恒星数量却(què)只有银(yín)河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须(xū)存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就(jiù)会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个(gè)小时的详(xiáng)细测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和(hé)力(lì)学定律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该(gāi)星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质的(de)假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式(shì)是不同(tóng)的，这意味着在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们(men)的轨道，按(àn)照我们(men)所理解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的(de)相互作用则(zé)是不同的(de)方式。对于在(zài)星(xīng)系团之间的相互作(zuò)用，科学(xué)家还引入了外部场效应的(de)概念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年的规(guī)模(mó)上(shàng)，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们需要(yào)对现在的物(wù)理定律进行修正，这些发(fā)现也让很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假说理论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际(jì)气体的相互(hù)作(zuò)用就会导致温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降低。所以在(zài)理(姐姐分手了安慰姐姐的一段话，姐姐失恋该怎么安慰她lǐ)论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它(tā)的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地球上(shàng)的观测(cè)者之间(jiān)。被一个质量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量的(de)东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是(shì)暗物(wù)质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹星系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不(bù)是(shì)在中间，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方法就是当星(xīng)团发(fā)生(shēng)全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则(zé)直接(jiē)通过了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成(chéng)了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年(nián)之(zhī)后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下(xià)了各相同性(xìng)的微波辐(fú)射。其中红色的(de)部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实(shí)际上它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学(xué)家(jiā)们通过(guò)对前景(jǐng)背景分(fēn)离(lí)后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变(biàn)得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们(men)需要(yào)的暗物(wù)质大约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个(gè)数(shù)字与解释(shì)星系当中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗(àn)物质比例是(shì)一致的(de)。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论(lùn)框(kuāng)架(jià)，就(jiù)很好地解释了(le)很多不(bù)同(tóng)的观(guān)测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子(zi)，它(tā)们不参(cān)与(yǔ)任何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力来相(xiāng)互(hù)作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子(zi)的存在，就(jiù)相当(dāng)于找(zhǎo)到(dào)了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经提出(chū)了数十(shí)种的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在(zài)过去的几十年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了(le)超过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何实(shí)质(zhì)性的发现，除(chú)了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学实(shí)验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年(nián)的(de)数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到(dào)峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当中每(měi)年(nián)都是一样。一些科(kē)学家认(rèn)为这可(kě)能(néng)是人(rén)类发现暗物质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会产生周期性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河系进行移动(dòng)，那(nà)么(me)如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年(nián)的时(shí)间(jiān)，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的(de)周期性信号(hào)。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游(yóu)客的数量(liàng)也符合这(zhè)个周(zhōu)期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的(de)季节与之前的(de)实验室正好相反，而在(zài)这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的运动(dòng)特征和(hé)第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的(de)信号，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所存在的非常(cháng)有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无(wú)法提(tí)供相应的数(shù)据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发(fā)射(shè)一台新的望远镜，这台(tái)太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是(shì)哈勃(bó)红(hóng)外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个(gè)关(guān)键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的(de)科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们极有可能(néng)拥(yōng)有另(lìng)一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理(lǐ)论得到(dào)进一步的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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