宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的证据(jù)，科学家们在(zài)过(guò)去的(de)几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭(jiē)示(shì)了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些天体运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不符(fú)合(hé)万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他们就会(huì)知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的天(tiān)体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异常，推算并(bìng)且发(fā)现了海王(wáng)星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发(fā)现都是(shì)应用万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是(shì)这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们(men)上升到星(xīng)系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千(qiān)个(gè)星系所组成的巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的(de)质量一(yī)般(bān)会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以(yǐ)确(què)定其质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二种是动力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星系相对于(yú)星(xīng)系团的运动速度(dù)。当测(cè)量(liàng)结果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然(rán)是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光(guāng)的形(xíng)式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速(sù)度比理论上(shàng)要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源(yuán)于某种隐形的(de)物(wù)质(zhì)。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们(men)却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的(de)人们(men)对(duì)这(zhè)样(yàng)的(de)一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年(nián)之后(hòu)，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才再(zài)一次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在观(guān)测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但(dàn)是(shì)他们(men)观测的结(jié)果却让人(rén)感到(dào)不可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系(xì)当中如果没有足够大(dà)的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现(xiàn)象(xiàng)，科(kē)学家们(men)会使用一(yī)种相(xiāng)对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解(jiě)释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出现异(yì)常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物(wù)质的(de)力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测量了(le)距离(lí)星(xīng)系中心更(gèng)远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引力(lì)定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么(me)产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因(yīn)很可能(néng)就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星(xīng)系(xì)外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质的(de)质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原(yuán)因。在(zài)一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还(hái)发现了(le)一个反(fǎn)常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的(de)恒星数量却只有银河(hé)系的(de)千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最先(xiān)进的(de)望远镜对其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可(kě)以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么(me)又有人提出，也(yě)许该星系的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不够(gòu)全面，引力(lì)很可能在(zài)不同尺度空(kōng)间中的工作方(fāng)式是不同(tóng)的(de)，这意味着在(zài)行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之(zhī)间的(de)相互(hù)作(zuò)用，科学家还(hái)引入了外部(bù)场(chǎng)效应的(de)概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成认真地还是认真的写作业，认真的与认真地立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也(yě)让很多人认为(wèi)暗物(wù)质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于(yú)暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没(méi)法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似(shì)这样(yàng)的(de)星团，它们大(dà)部分的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部分的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些气(qì)体所(suǒ)在(zài)的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的(de)质量区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多星系(xì)似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大(dà)的(de)形(xíng)变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的(de)东西的引力，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的(de)大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的(de)解释(shì)方法就是(shì)当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到的质(zhì)量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质(zhì)则(zé)直接通过(guò)了这个(gè)区(qū)域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜(jìng)研(yán)究(jiū)也被认为是暗物(wù)质存在的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的(de)光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中了(le)。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各相同性的(de)微波(bō)辐射。其中红色(sè)的部分表示温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示(shì)相对(duì)较冷的区域(yù)，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行连通域(yù)提取和标(biāo)记(jì)之(zhī)后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物质，图(tú)形看(kàn)起来(lái)不(bù)应该(gāi)是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波背景辐射(shè)的(de)测量值，我们需要(yào)的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系当中恒星(xīng)运动所需(xū)要的暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类型的粒(lì)子，它们不参(cān)与任何其(qí)他的电(diàn)磁(cí)作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的(de)存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底(dǐ)是(shì)什(shén)么？科(kē)学家们已经提出(chū)了(le)数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要的(de)实(shí)验方式(shì)也不相同。在过(guò)去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些(xiē)看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相互作用(yòng)的(de)“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任(rèn)何实(shí)质性(xìng)的发现，除(chú)了(le)一个地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大的地学(xué)实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力(lì)于(yú)寻(xún)找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学(xué)家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为(wèi)这可能是人(rén)类(lèi)发现暗物(wù)质的(de)第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么(me)暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流(liú)，这个(gè)过程(chéng)中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕(rào)银河系的方向是(shì)一致的，而(ér)另外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了(le)60度(dù)的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也可(kě)能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信(xìn)号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立了一(yī)个(gè)几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的运动特征(zhēng)和(hé)第(dì)一个实验室(shì)是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物(wù)质所存(cún)在的(de)非常(cháng)有力的(de)证据了。但是由于这个(gè)实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无(wú)法提供(gōng)认真地还是认真的写作业，认真的与认真地相应的(de)数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它(tā)的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现，如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘(mì)的(de)效应(yīng)，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这(zhè)样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存(cún)在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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