宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科学家们在(zài)过去的几(jǐ)十(shí)年当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学(xué)数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几(jǐ)百年(nián)来，当天(tiān)文学家们发(fā)现某(mǒu)些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王(wáng)星运行轨道的异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海王(wáng)星(xīng)的存在(zài)。另外(wài)，哈(hā)雷(léi)彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是应(yīng)用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取得重大(dà)天(tiān)文成就的例子(zi)。但是这些发(fā)现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星系(xì)或者是(shì)星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研(yán)究和测量语言凝练和凝炼的区别，凝练和凝炼的区别是什么(liàng)后发星(xīng)系团的(de)质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确(què)定其(qí)质量的范围。

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

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光(guāng)谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻(chè)底懵了(le)，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并不以可见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的(de)过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的速度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动(dòng)学(xué)定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)力(lì)量在起作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这样部分(fēn)不可见的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的(de)人们对这样的(de)一种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年(nián)之(zhī)后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词(cí)才再(zài)一(yī)次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距(jù)离的(de)增(zēng)加(jiā)，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如(rú)果(guǒ)没有足够大(dà)的质量(liàng)来吸引它们(men)，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的(de)方法来解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法就(jiù)是(shì)测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是(shì)科(kē)学(xué)家们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向(xiàng)心(xīn)加速(sù)度的原因(yīn)很可(kě)能就(jiù)是(shì)存在着一(yī)种我们看不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时(shí)开始，越来越多的(de)研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗(àn)物质的存在(zài)。科学家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的(de)85%。但(dàn)是(shì)，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的(de)原因(yīn)。在一项新的(de)研究当中，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发(fā)现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系的(de)千分(fēn)之(zhī)一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对(duì)其(qí)进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的(de)物(wù)质和力学定(dìng)律来解释的。那么又(yòu)有人提(tí)出(chū)，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系(xì)存在(zài)。造(zào)成这些现象的除了暗物质的(de)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(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是(shì)不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系(xì)和星团的尺度，引力之间的(de)相(xiāng)互作用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了(le)外部(b语言凝练和凝炼的区别，凝练和凝炼的区别是什么ù)场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量(liàng)之间(jiān)会(huì)产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物(wù)理定律进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在的(de)其他(tā)的理论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样(yàng)的星团(tuán)，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的(de)气体当中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度(dù)大幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那(nà)么我们通过什么来验证它(tā)的质量(liàng)区域到底是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地看到很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实这些星系(xì)本身并(bìng)不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一(yī)个质(zhì)量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量的(de)东西(xī)的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天体可能是(shì)超(chāo)大质(zhì)量的(de)黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹星系团观测(cè)的时(shí)候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的(de)解释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的(de)质量气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。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(wèi)止最(zuì)好(hǎo)的理论(lùn)证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背(bèi)景上留下了各(gè)相(xiāng)同性的微波(bō)辐射(shè)。其中红(hóng)色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷(lěng)的(de)区域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学家们(men)通过对前景背(bèi)景(jǐng)分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来(lái)不(bù)应该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些峰值的(de)幅(fú)度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测(cè)量值，我们(men)需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运(yùn)动(dòng)所需要的暗物(wù)质比例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架，就(jiù)很(hěn)好(hǎo)地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何其他的(de)电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了(le)暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到(dào)底是(shì)什么(me)？科(kē)学(xué)家们已经(jīng)提出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没(méi)有(yǒu)任何(hé)实质性的发(fā)现，除了一(yī)个(gè)地方，意大(dà)利的(de)格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地(dì)球上最(zuì)大的(de)地学实(shí)验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科学家声称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一(yī)个有趣的(de)事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可能是(shì)人类发(fā)现暗物质(zhì)的(de)第(dì)一个(gè)直接证据。

但是(shì)为(wèi)什么(me)暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动(dòng)，那么如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我们(men)也在(zài)以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地(dì)球(qiú)穿越(yuè)暗物(wù)质(zhì)流最快(kuài)的(de)时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情(qíng)况，造(zào)成这种年度(dù)周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎相同(tóng)的实(shí)验室，这里的季(jì)节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的运动特征和(hé)第一个实(shí)验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信号(hào)，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存在的(de)非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)其中一(yī)个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子(zi)天体物理中心(xīn)的(de)科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另一(yī)种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持(chí)宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步(bù)的(de)证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物(wù)质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先(xiān)找到暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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