宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何会存在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科(kē)学(xué)家们(men)在过去的几十年(nián)当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的(de)长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没(méi)有发(fā)现任何的有效证据。除(chú)了(le)一个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天(tiān)体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异(yì)常，不符(fú)合万有引力定(dìng)律的(de)时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天(tiān)体通(tōng)过(guò)引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的(de)异常，推(tuī)算并且发(fā)现(xiàn)了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大(dà)天(tiān)文(wén)成就的例子(zi)。但是这些发现都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们(men)上(shàng)升到星系或者是(shì)星团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和测(cè)量后发星系团的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获(huò)得其"光(guāng)度(dù)学(xué)的(de)质量"，需要(yào)的数据(jù)是测(cè)量各个星系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计算(suàn)，是利(lì)用(yòng)光谱红移测(cè)量星系团(tuán)中(zhōng)的各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是(shì)“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以可(kě)见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)很多星(xīng)系的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出(chū)星(xīng)系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的(de)力量(liàng)在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这样部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是(shì)它(tā)们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部(bù)分的质量(liàng)。只是当时的人(rén)们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在(zài)其(qí)轨道上的运行速(sù)度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒(héng)星的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足(zú)够大(dà)的质量来吸引它地肖指哪几个生肖？(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相对(duì)标(biāo)准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗(àn)物质的(de)存在(zài)，这种方法就是测(cè)量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是(shì)由暗(àn)物(wù)质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速(sù)度并(bìng)不符(fú)合牛(niú)顿的力学定律。我们(men)的(de)太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系位于银河系(xì)的第(dì)三悬臂(bì)之上，距(jù)离银(yín)河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可(kě)能就(jiù)是存在(zài)着一(yī)种我们看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力(lì)效(xiào)应(yīng)将星(xīng)系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存(cún)在。科(kē)学家(jiā)根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的(de)研究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个(gè)反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河系的千(qiān)分(fēn)之一(yī)。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星系必(bì)须存在暗(àn)物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家(jiā)们使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之后(hòu)，发(fā)现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动是可(kě)以(yǐ)用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被(bèi)附近的(de)另(lìng)一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力(lì)的理解还(hái)不够全(quán)面，引力很可能在不同(tóng)尺度(dù)空间中的工作方式是(shì)不同的，这意(yì)味着在(zài)行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们的轨道，按(àn)照我们所理(lǐ)解的(de)方式运动。但是(shì)上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相互作用则(zé)是不同的方式(shì)。对(duì)于在星系团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物(wù)理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多(duō)人认为(wèi)暗物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还(hái)有(yǒu)关于(yú)暗物(wù)质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它(tā)们大部分的普通质量(liàng)都在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互(hù)作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于(yú)所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的(de)质量(liàng)区域到(dào)底是不(bù)是集(jí)中在中(zhōng)间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全(quán)彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星系似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大(dà)的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什(shén)么(me)问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天体和我们(men)地球(qiú)上的观测者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的(de)东西(xī)的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的(de)天体可能(néng)是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星(xīng)系(xì)团观测(cè)的时候，发(fā)现(xiàn)它的大(dà)质量(liàng)区(qū)域并不(bù)是在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就(jiù)是(shì)当星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆(bào)炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年(nián)之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上(shàng)留下了各相(xiāng)同性(xìng)的(de)微波辐(fú)射(shè)。其(qí)中红色的(de)部分表示温度(dù)较高的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的(de)区域(yù)，但实际上它们之间的温差(chà)只有万分之一(yī)。

科学家们通过对(duì)前(qián)景(jǐng)背景分离后(hòu)的二值(zhí)图像进(jìn)行连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗物质(zhì)的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系(xì)当中恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗物质比例是一(yī)致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了(le)一(yī)个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很好地(dì)解(jiě)释了很多不(bù)同的观测(cè)结果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引力(lì)来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科学家(jiā)们(men)已经提出了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的实(shí)验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何实质性的(de)发(fā)现，除了(le)一(yī)个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最大的(de)地学实验(yàn)室(shì)，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科(kē)学家(jiā)声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年(nián)的数(shù)据(jù)收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的(de)第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的(de)年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以这样的速度在(zài)穿(chuān)越(yuè)着暗物(wù)质流(liú)，这个过(guò)程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环绕银(yín)河(hé)系的方向是一(yī)致(zhì)的(de)，而(ér)另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向(xiàng)正好达(dá)到完(wán)全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可(kě)以用(yòng)来(lái)解释，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周(zhōu)期(qī)信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季(jì)节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质(zhì)流(liú)的运动(dòng)特征和第一个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在(zài)这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力(lì)的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至目(mù)前还无(wú)法提(tí)供相应的数(shù)据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是(shì)探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待(dài)了(le)。费米实验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在，它(tā)们极(jí)有可能(néng)拥有另一种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星上，暗物(wù)质正在通(tōng)过这样的效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的(de)大(dà)前提(tí)是要先(xiān)找到暗(àn)物(wù)质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持(chí)是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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