宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科学家(jiā)们在(zài)过(guò)去(qù)的几十(shí)年当中进行了超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是却没有发(fā)现(xiàn)任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天(tiān)文学(xué)家们(men)发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一(yī)定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且发现了海王星的(de)存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定律所取得(dé)重(zhòng)大天(tiān)文成就的例(lì)子。但是这些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者(zhě)是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在(zài)研(yán)究(jiū)和测量后发星系团的(de)质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成(chéng)的(de)巨大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团(tuán)的(de)质量(liàng)一般会(huì)使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可(kě)以确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的(de)数据(jù)是测量(liàng)各个星系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相对于(yú)星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结(jié)果(guǒ)出来之(zhī)后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量(liàng)并汴州是现在的什么地方，汴州是指今天的什么城市不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系的(de)质(zhì)量所产生的引力是(shì)无法将它们束(shù)缚(fù)在星系团内的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出(chū)星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提出(chū)了(le)这(zhè)样部(bù)分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们对(duì)这(zhè)样(yàng)的一种说法(fǎ)不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次(cì)出(chū)现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越远的恒(héng)星在其(qí)轨(guǐ)道上的运(yùn)行(xíng)速度就会(huì)越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是他们(men)观测的结果却让人感(gǎn)到不(bù)可思议(yì)。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距(jù)离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律，在星系当(dāng)中如(rú)果(guǒ)没有(yǒu)足够大(dà)的(de)质量来吸引它们(men)，这些外围的(de)恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学(xué)家(jiā)们(men)会使用一种相对标准的(de)方(fāng)法来解释暗(àn)物(wù)质的存在，这种方法就是(shì)测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星系中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不(bù)符合牛顿(dùn)的(de)力(lì)学(xué)定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系(xì)也不(bù)例外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的第(dì)三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的(de)运行速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速度远远大(dà)于理论速(sù)度(dù)，那(nà)么产生以上这种向心加速度的(de)原因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将星系聚集在了(le)一(yī)起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越(yuè)来越多(duō)的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的(de)存在。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗物质的质(zhì)量(liàng)占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一(yī)项新的研(yán)究当中，科学(xué)家们(men)发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的(de)微小差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是(shì)星系(xì)当中存在的(de)恒星数量却(què)只有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在(zài)暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被(bèi)附近(jìn)的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附(fù)近没有任何星系存在(zài)。造成(chéng)这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物(wù)质(zhì)的(de)假说(shuō)之(zhī)外，另一种可(kě)能(néng)就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很(hěn)可(kě)能在不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互(hù)作用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了(le)外部场(chǎng)效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会(huì)产生对(duì)彼此特殊的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味着我(wǒ)们(men)需要(yào)对(duì)现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物(wù)质存(cún)在(zài)的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星(xīng)系(xì)的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温(wēn)度(dù)的(de)急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团(tuán)大部(bù)分的质量将(jiāng)位于所有这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域。那么(me)我们通过(guò)什么(me)来验(yàn)证它的质量区域到(dào)底是不(bù)是(shì)集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看(kàn)到(dào)很(hěn)多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了(le)巨大的形变(biàn)。其实这(zhè)些(xiē)星系本(běn)身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望(wàng)远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而(ér)是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测(cè)者之(zhī)间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量的东西(xī)的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子(zi)弹星系团观测的(de)时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量气体被卡在(zài)了(le)中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间(jiān)背(bèi)景上(shàng)留(liú)下(xià)了(le)各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的(de)区域(yù)，但实际上(shàng)它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像进行连通域(yù)提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐(fú)射的测量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数(shù)字(zì)与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了(le)很多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物质的(de)本质就是宇宙当中存(cún)在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子(zi)的存在(zài)，就相当于(yú)找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物质存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科学(xué)家们已经(jīng)提出了数十种的(de)假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发(fā)现，除(chú)了(le)一个地(dì)方，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验(yàn)室(shì)，这个实(shí)验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层(céng)楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数(shù)据(jù)收(shōu)集，人们发(fā)现了(le)一个有趣(qù)的事情。探测(cè)率(lǜ)会在每(měi)年的(de)6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每(měi)年都是(shì)一样。一(yī)些(xiē)科学家(jiā)认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系(xì)进行(xíng)移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们(men)也在(zài)以这样(yàng)的速度(dù)在穿越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中会(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全(quán)一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗(àn)物(wù)质流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个(gè)理(lǐ)论的有(yǒu)效(xiào)性(xìng)。

因(yīn)此(cǐ)科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可以(yǐ)用(yòng)来(lái)解释，研(yán)究人员们所观测到(dào)的(de)周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的差异也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山(shān)上(shàng)的(de)积雪，甚至连意大(dà)利游客的(de)数量也符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半球建立(lì)了一个(gè)几乎相同的实验室，这(zhè)里的季(jì)节与之前的实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流(liú)的运动特征和第(dì)一个实验室是(shì)一样的(de)。

因此，如汴州是现在的什么地方，汴州是指今天的什么城市(rú)果在这里可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实(shí)验(yàn)室(shì)刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截(jié)至目(mù)前还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太(tài)空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提(tí)供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关(guān)键(jiàn)的(de)用途就(jiù)是探(tàn)索暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说(shuō)是生命(mìng)进化的一个重(zhòng)要(yào)因(yīn)素。

如(rú)果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会(huì)意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢？或(huò)许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗(àn)物质正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质(zhì)存在的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们(men)觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存(cún)不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支(zhī)持是(shì)我更新的动力！

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