宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在科(kē)学无法(fǎ)解释(shì)的(de)“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的(de)规律。往后的几百年(nián)来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行(xíng)轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合(hé)万有引力定律的时候，他(tā)们(men)就会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未(wèi)知的天(tiān)体(tǐ)通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运(yùn)行轨道(dào)的(de)异常，推算(suàn)并且发(fā)现了海(hǎi)王(wáng)星(xīng)的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现都(dōu)是应用万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)所取得(dé)重(zhòng)大(dà)天文成(chéng)就的例子。但是这些发(fā)现都是在(zài)恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上升到星系或者(zhě)是(shì)星团的(de)尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正(zhèng)在研(yán)究(jiū)和测量后发(fā)星系团的(de)质量。这是一(yī)个(gè)由数千(qiān)个星系所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系被(bèi)引力(lì)束缚在一(yī)起。测(cè)量星系团的质量一(yī)般会使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量(liàng)的(de)范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各(gè)个星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的(de)质(zhì)量(liàng)并不(bù)以可见(jiàn)光的形(xíng)式所存在(zài)，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律(lǜ)，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系的质量(liàng)所产生(shēng)的(de)引力是无法将它们(men)束缚(fù)在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是(shì)当时的人们(men)对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个(gè)词(cí)才(cái)再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没(méi)有足够大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来(lái)解(jiě)释(shì)暗物质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是(shì)测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结(jié)果，就(jiù)认为是(shì)由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合(hé)牛顿的力学(xué)定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引(yǐn)力(lì)定律进行计(jì)算，太阳系(xì)的运行(xíng)速度应(yīng)该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银(yín)河系(xì)旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向(xiàng)心(xīn)加(jiā)速度(dù)的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是这些暗物质的(de)引力(lì)效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估算(suàn)在(zài)星系当中暗物质的(de)质量占整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系不多，但是(shì)星系当(dāng)中存(cún)在的恒星数量(liàng)却(què)只有(yǒu)银(yín)河系的千分(fēn)之一(yī)。

所以在理论上，该(gāi)星系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使(shǐ)用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行了40个主动买单的女孩的性格，主动买单的女孩子是什么样的人小时(shí)的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用(yòng)正(zhèng)常(cháng)的(de)物(wù)质和(hé)力学定律来(lái)解释的(de)。那(nà)么又有人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪(guài)的是，它的(de)附(fù)近没有任(rèn)何(hé)星系存(cún)在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质的(de)假说之(zhī)外(wài)，另一种可能就(jiù)是(shì)人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全面，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺(chǐ)度(dù)空间中的(de)工作(zuò)方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系(xì)尺度(dù)中的(de)天体会沿着(zhe)它们(men)的(de)轨道，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是上升到星系(xì)和(hé)星团的尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的(de)相互作用(yòng)，科学家还引入了外部(bù)场效应的(de)概念，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年的(de)规模(mó)上，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特(tè)殊(shū)的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要(yào)对现在的物理(lǐ)定律进(jìn)行修(xiū)正，这(zhè)些(xiē)发现也(yě)让很(hěn)多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗物质存(cún)在(zài)的其他(tā)的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成，类似(shì)这样的星团，它们(men)大部分的普通(tōng)质量都(dōu)在星系的气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团大部分的质量将位(wèi)于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什(shén)么来验证它(tā)的质量区域到底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片(piàn)中我(wǒ)们可(kě)以明(míng)显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其实(shí)这些星系(xì)本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而(ér)是(shì)这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和我们地球(qiú)上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生(shēng)了(le)扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超(chāo)大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团(tuán)观测(cè)的时候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的(de)质量气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存(cún)在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的(de)微波辐射。其中红(hóng)色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝(lán)色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的(de)区域(yù)，但(dàn)实际上(shàng)它们之间的温差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们(men)通过对(duì)前景(jǐng)背(bèi)景分离(lí)后的二值(zhí)图(tú)像进行连(lián)通域提取和标(biāo)记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来(lái)不应(yīng)该(gāi)是这样(yàng)的(de)，而随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减小，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测(cè)量值，我们需要(yào)的暗物质大约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个简单(dān)的理论(lùn)框架，就很(hěn)好(hǎo)地(dì)解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果。而(ér)暗物质的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参(cān)与(yǔ)任何其(qí)他(tā)的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗(àn)物质存在(zài)的实际(jì)证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提(tí)出了数十种的(de)假想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标粒(lì)子所(suǒ)需(xū)要的实验方式也不(bù)相同。在过(guò)去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规(guī)物(wù)质相主动买单的女孩的性格，主动买单的女孩子是什么样的人互作用的(de)“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何(hé)实(shí)质(zhì)性的(de)发现，除了(le)一(yī)个地方，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测(cè)到(dào)了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的数(shù)据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一个直接证据(jù)。

但是为什(shén)么暗(àn)物质(zhì)会(huì)产生周(zhōu)期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳(yáng)系正(zhèng)在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么(me)如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时(shí)地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环(huán)绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全一(yī)致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达(dá)到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对银(yín)河系(xì)的平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不(bù)影响(xiǎng)这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学(xué)家认为(wèi)这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人员们所观(guān)测(cè)到的(de)周期(qī)性信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在(zài)的非常(cháng)有力的证据(jù)了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无法提(tí)供相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的(de)视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一(yī)个关(guān)键(jiàn)的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中(zhōng)心的(de)科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会(huì)支持(chí)宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的(de)诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到(dào)进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不会(huì)意味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或(huò)许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提(tí)是要(yào)先找到暗(àn)物质(zhì)存在的(de)实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的(de)支(zhī)持(chí)是我更新的动力(lì)！

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