宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物(wù)质存(cún)在的证据，科学家们(men)在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次的长期(qī)实(shí)验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出(chū)版的(de)自然(rán)哲学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发(fā)现某些天(tiān)体运行轨道(dào)出现异常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)所取得(dé)重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可当我们(men)上升到(dào)星系或者是(shì)星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测(cè)量后发星系(xì)团的质量。这是一个(gè)由数(shù)千个星系所组成的(de)巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星(xīng)系(xì)被(bèi)引力束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的质量(liàng)一(yī)般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光度(dù)。

第(dì)二种是动力(lì)学(xué)质量(liàng)的计(jì)算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光(guāng)的(de)形式(shì)所存(cún)在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度(dù)的过(guò)程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速(sù)度(dù)比理论上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们(men)束(shù)缚(fù)在(zài)星系团内的，它(tā)们早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团之外了(le)，除(chú)非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部(bù)分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词(cí)才(cái)再一次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的(de)恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道(dào)上的运行速(sù)度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会使用(yòng)一种相(xiāng)对标准的(de)方法来解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过射电(diàn)望(wàng)远镜(jìng)测量了距离(lí)星系中心(xīn)更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系(xì)的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力(lì)定律进行(xíng)计(jì)算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将(jiāng)星系聚集在了(le)一(yī)起。

也是(shì)从(cóng)这(zhè)时(shí)开始，越来越多的(de)研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗(àn)物质的存在(zài)。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算(suàn)在(zài)星系当中暗(àn)物质的(de)质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一(yī)可以解释这个现象(xiàng)的(de)原(yuán)因。在一项新(xīn)的(de)研究(jiū)当中，科学(xué)家(jiā)们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差(chà)异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系(xì)不(bù)多，但(dàn)是星系当中存在的(de)恒星数量(liàng)却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但是科学家(jiā)们(men)使(shǐ)用最(zuì)先进的(de)望远镜对其(qí)进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测(cè)量(liàng)之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒星(xīng)运(yùn)动是可以用正常的(de)物(wù)质和力学(xué)定律来解释(shì)的。那么(me)又有人提(tí)出，也(yě)许(xǔ)该(gāi)星(xīng)系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近(jìn)没(méi)有任何星系存在。造(zào)成这(zhè)些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(yǐn)力的理解还不(bù)够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作方式是(shì)不同的，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方(fāng)式(shì)运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的相互(hù)作(zuò)用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于(yú)在星系团之间的相互(hù)作用(yòng)，科学家还引入(rù)了外(wài)部(bù)场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意味着我们需要对现在(zài)的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很(hěn)多人认为(wèi)暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年(nián)的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都(dōu)在(zài)星系的(de)气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的(de)相(xiāng)互作用(yòng)就(jiù)会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低(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所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集(jí)中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很(hěn)多星系似(shì)乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上(shàng)的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是(shì)引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹(dàn)星系团观(guān)测的时候，发(fā)现它(tā)的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方(fāng)法就是(shì)当星团发生全部(bù)的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜(jìng)研究也(yě)被认(rèn)为是暗物(wù)质存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可见光终于(yú)可(kě)以(yǐ)畅通(tōng)无(wú)阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分(fēn)表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它(tā)们之间(jiān)的温差(chà)只有万分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后的二值图像进行连(lián)通(tōng)域提(tí)取和标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起来不(bù)应该(gāi)是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数(shù)字(zì)与解释星(xīng)系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很多(duō)不(bù)同的观测结果。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某种类型(xíng)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(lái)相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到(dào)这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到底是什(shén)么？科(kē)学家们已经提出了数十种的(de)假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标(biāo)粒(lì)子所需要的实验方式(shì)也不(bù)相(xiāng)同。在过去的几十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质相互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性(xìng)的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学(xué)实验室，这(zhè)个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探(tàn)测(cè)器(qì)，一直(zhí)致(zhì)力(lì)于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了(le)一(yī)个有(yǒu)趣的(de)事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在(zài)20年(nián)当中每年都(dōu)是一(yī)样。一些科学家认(rèn)为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗(àn)物(wù)质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存在(zài)宇宙当中，这意(yì)味着我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕太阳别急老师今天晚上是你的人，别急老师今天晚上就是你的了(yáng)进行(xíng)旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份(fèn)的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的(de)情况中，太(tài)阳系相对(duì)银河系的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不(bù)影(yǐng)响这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的(de)有效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人(rén)员们所观测到(dào)的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成(chéng)这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是(shì)温(wēn)度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大(dà)利(lì)游客(kè)的数量也符合这个(gè)周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的(de)实验室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实验(yàn)室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常有力的(de)证据了。但是由于(yú)这(zhè)个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们(men)只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒(lì)子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到(dào)进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会(huì)不(bù)会意味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提是要(yào)先找到暗物质存(cún)在的(de)实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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