宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学(xué)无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次(cì)的(de)长期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家(jiā)们发(fā)现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星(xīng)运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万有引力(lì)定律所取得重(zhòng)大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升(shēng)到星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团的质量(liàng)。这是一个由数(shù)千(qiān)个星系所组(zǔ)成的(de)巨大星系团，这(zhè)些星(xīng)系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是(shì)获得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需(xū)要的数据是(shì)测量各个星(xīng)系的(de)光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团(tuán)中的各个星系(xì)相对(duì)于星系团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味(wèi)着(zhe)，后发(fā)座(zuò)星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在(zài)测(cè)量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一(yī)种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却(què)占据(jù)着宇宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再(zài)一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观(guān)测(cè)仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变(biàn)。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为(wèi)是由(yóu)暗(àn)物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们(men)通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的(de)太阳系也不例(lì)外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的(de)运(yùn)行速度(dù)应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际(jì)速度远远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那么(me)产生(shēng)以上这种向心加速度的(de)原因(yīn)很可(kě)能就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力(lì)效(xiào)应将星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多(duō)的研究人(rén)员(yuán)开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存在(zài)。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒星轨道的(de)速(sù)度，估算在星(xīng)系(xì)当中暗物(wù)质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一(yī)可以解释这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)的(de)原(yuán)因(yīn)。在一项新的(de)研究(jiū)当中，科学(xué)家们(men)发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银河系不多(duō)，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河(hé)系的千(qiān)分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗(àn)物(wù)质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现星系(xì)中的恒(héng)星运动(dòng)是可(kě)以用正常(cháng)的物质和力(lì)学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近的(de)另一个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的(de)附近没有任何星(xīng)系存在。造(zào)成这(zhè)些现象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能(néng)就是(shì)人类对引力的理解还不够(gòu)全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着在(zài)行星系(xì)尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道(dào)，按(àn)照(zhào)我们所理(lǐ)解(jiě)的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不(bù)同的(de)方式(shì)。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了(le)外部场效(xiào)应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数百万光年的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系(xì)的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有这些气体(tǐ)所在的(de)中间区域。那么我们(men)通过什么来验证它的(de)质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们可以明(míng)显(xiǎn)地看(kàn)到很(hěn)多星系似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体(tǐ)和我们(men)地球上的(de)观(guān)测者之间。被(bèi)一个质量超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西的(de)引力，会(huì)使身后更遥远星系(xì)的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的(de)黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现它的(de)大质(zhì)量(liàng)区(qū)域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团(tuán)发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测(cè)到的(de)质量(liàng)气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形(xíng)成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜研(yán)究也(yě)被认为(wèi)是暗(àn)物质存(cún)在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙(zhòu)空(kōng)间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际(jì)上(shàng)它们(men)之(zhī)间的(de)温差只(zhǐ)有万(wàn)分粤西是指什么地方(fēn)之一。

科学家们通过对前(qián)景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域(yù)提取和标记(jì)之后发现，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来(lái)不(bù)应该是(shì)这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的(de)测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星运动所需要的(de)暗(àn)物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论框架(jià)，就很好地(dì)解释了(le)很多(duō)不(bù)同的(de)观(guān)测结果(guǒ)。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子的存(cún)在(zài)，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不同的(de)目标(biāo)粒子所需要(yào)的实(shí)验方式也不(bù)相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有任何实(shí)质性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于(yú)寻(xún)找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且(qiě)在(zài)20年(nián)当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物(wù)质(zhì)的(de)第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会产生周(zhōu)期性的(de)年度信号(hào)呢？刚才(cái)我们(men)讲了太(tài)阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河(hé)系进行移(yí)动，那么(me)如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意(yì)味(wèi)着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕银(yín)河(hé)系的(de)方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完(wán)全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而(ér)在(zài)11月份，又(yòu)恰(qià)好达(dá)到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的(de)积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客的(de)数(shù)量也符(fú)合这个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家(jiā)们(men)又在南半(bàn)球建(jiàn)立了(le)一个几乎相同的(de)实验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的实验(yàn)室(shì)正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得(dé)到(dào)相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由于这(zhè)个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的(de)望远镜，这(zhè)台(tái)太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们极(jí)有可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质(zhì)会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落的(de)行(xíng)星上，暗(àn)物质正在(zài)通(tōng)过这样的效(xiào)应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更新的(de)动力！

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