宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存(cún)在科学无法解释(shì)的(de)“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科(kē)学家们在过去(qù)的几十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没(méi勤耕不辍 精业笃行什么意思，精业笃行 臻于至善)有发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲学数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当(dāng)天文学家们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不符(fú)合万有引力(lì)定(dìng)律的时(shí)候，他(tā)们(men)就会知道(dào)，周围(wéi)一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王(wáng)星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大(dà)天(tiān)文(wén)成就的例(lì)子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在恒(héng)星系统的(de)尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们(men)上升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的(de)质量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一(yī)般会(huì)使(shǐ)用(yòng)到两(liǎng)种方(fāng)法，当(dā勤耕不辍 精业笃行什么意思，精业笃行 臻于至善ng)两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的(de)质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱红移测量(liàng)星(xīng)系团(tuán)中的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团(tuán)的(de)运动(dòng)速度。当测量结(jié)果出来(lái)之后，兹(zī)威(wēi)基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光度(dù)学(xué)质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式(shì)所存在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量速(sù)度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的(de)速度(dù)比理论上(shàng)要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该(gāi)被抛出星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这(zhè)种(zhǒng)力量来(lái)源于(yú)某种隐形(xíng)的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它(tā)不(bù)发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只是(shì)当时的人(rén)们对这样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再(zài)一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特(tè)在观测仙(xiān)女座(zuò)星系中的(de)恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心越远的(de)恒星(xīng)在其轨道(dào)上的运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们(men)观测的(de)结(jié)果却让(ràng)人(rén)感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足(zú)够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的(de)方法来解释(shì)暗物(wù)质的存在(zài)，这种方法就(jiù)是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星(xīng)系中心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的(de)力量进入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星(xīng)系中心更远距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银(yín)河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于(yú)理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是(shì)这(zhè)些暗物质的(de)引力效应将星(xīng)系聚集(jí)在了(le)一起。

也(yě)是从这(zhè)时开(kāi)始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算在星系(xì)当中暗物质(zhì)的(de)质量(liàng)占(zhàn)整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新(xīn)的(de)研究(jiū)当中，科学家(jiā)们(men)发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现速度(dù)上的微小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析。但是(shì)科学家(jiā)们使(shǐ)用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是(shì)可以用正常(cháng)的物质和力学(xué)定律来(lái)解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附近没(méi)有任何(hé)星系存(cún)在(zài)。造成这些现象的除了(le)暗(àn)物质的(de)假说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还(hái)不(bù)够全面(miàn)，引(yǐn)力(lì)很可(kě)能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这(zhè)意(yì)味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到(dào)星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科(kē)学家(jiā)还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需(xū)要对现在(zài)的(de)物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的(de)理论证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这(zhè)样(yàng)的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质量将位于(yú)所有这些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什(shén)么来(lái)验(yàn)证它(tā)的质量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片(piàn)中我们(men)可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨大的(de)形变。其实这(zhè)些(xiē)星系(xì)本身(shēn)并(bìng)不(bù)是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的天体和(hé)我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都(dōu)发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系(xì)团观测(cè)的(de)时候(hòu)，发现它(tā)的大质(zhì)量区域并不(bù)是(shì)在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方法就是(shì)当(dāng)星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了(le)这个区域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研(yán)究也被认为是(shì)暗物质(zhì)存在(zài)的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多(duō)亿(yì)年之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空间(jiān)背景上留(liú)下(xià)了各(gè)相同性的微波(bō)辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上(shàng)它(tā)们(men)之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对(duì)前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的(de)5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释(shì)了很(hěn)多(duō)不同的观测结果。而暗物(wù)质的本(běn)质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他(tā)的(de)电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的(de)存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒(lì)子(zi)到底是什么？科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经提出了数(shù)十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不(bù)同(tóng)的目(mù)标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年(nián)当中，人(rén)类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个(gè)地方，意(yì)大利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大(dà)的(de)地(dì)学实验室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年(nián)的数据收(shōu)集，人(rén)们发现了(le)一(yī)个有趣(qù)的(de)事情(qíng)。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当(dāng)中(zhōng)每年(nián)都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么(me)暗(àn)物质会(huì)产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳(yáng)系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程(chéng)中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕(rào)银(yín)河系的方(fāng)向是(shì)一(yī)致的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的平面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们(men)所(suǒ)观测(cè)到的(de)周期(qī)性信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异(yì)也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球建立了(le)一个(gè)几乎(hū)相(xiāng)同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运动特(tè)征和第一个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以(yǐ)得到相同(tóng)的(de)信(xìn)号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一(yī)个关键的(de)用(yòng)途(tú)就(jiù)是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对(duì)于(yú)探测的(de)结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待了(le)。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研(yán)究(jiū)发(fā)现，如果暗物(wù)质(zhì)存在(zài)，它们极(jí)有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是(shì)生命(mìng)进化的(de)一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一(yī)步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人(rén)类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物质正在(zài)通过(guò)这样的效应(yīng)创造(zào)生命(mìng)。当然(rán)，这(zhè)些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更(gèng)新的动力！

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