宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的(de)？为何(hé)会存(cún)在(zài)科学无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过(guò)去的(de)几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中(zhōng)进行(xíng)了超过50次(cì)的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没(méi)有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的(de)规律。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天(tiān)体运行(xíng)轨道出(chū)现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的时候，他们(men)就会知道(dào)，周围(wéi)一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄(shè)动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道的异(yì)常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律所取得(dé)重大天文成就的例(lì)子。但是这些(xiē)发(fā)现(xiàn)都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的(de)质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星系(xì)所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系(xì)团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力(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(xīng)系(xì)相对于星系团的(de)运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的(de)形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的(de)过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中很多星(xīng)系(xì)的速度(dù)比理论(lùn)上要快得(dé)多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的(de)质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚(fù)在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分(fēn)的质量。只是当大家真的都放不进脉动瓶口吗，一般进得去脉动瓶口吗时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座(zuò)星(xīng)系中(zhōng)的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星(xīng)在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到(dào)不可思议(yì)。

随(suí)着与(yǔ)中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的(de)质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当(dāng)中(zhōng)气(qì)体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电(diàn)望(wàng)远(yuǎn)镜测(cè)量了距(jù)离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的(de)太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银(yín)河系的(de)第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行计算(suàn)，太(tài)阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度(dù)远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那么(me)产生(shēng)以上这种向心加速度(dù)的原因很可能(néng)就(jiù)是(shì)存(cún)在着一种我们看(kàn)不到的(de)物(wù)质，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越多的研(yán)究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占整个星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一可(kě)以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小差异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发(fā)现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存在(zài)的恒星数量却(què)只有银河(hé)系(xì)的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用(yòng)最先进的(de)望远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小时的详细(xì)测量之后(hòu)，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没(méi)有任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物(wù)质的假说之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类对引力(lì)的理解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方(fāng)式(shì)是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的(de)天体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的(de)相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的(de)概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年的规模(mó)上，巨(jù)大的质(zhì)量之间(jiān)会产(chǎn)生(shēng)对(duì)彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的(de)理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团，它们大(dà)部分(fēn)的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就(jiù)会(huì)导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分(fēn)的质量(liàng)将位于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照(zhào)片中我们(men)可以明(míng)显地看(kàn)到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形(xíng)变。其(qí)实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了(le)什(shén)么问(wèn)题，而是(shì)这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的(de)光都发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个(gè)巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测(cè)的(de)时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧(cè)。所以(yǐ)最好的(de)解释方法就是当星团发(fā)生全部(bù)的(de)碰撞(zhuàng)时(shí)，可(kě)被观(guān)测(cè)到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并(bìng)在(zài)两(liǎng)边形成了(le)引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存(cún)在(zài)的迄今为(wèi)止(zhǐ)最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同(tóng)性的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的(de)部分表示温度(dù)较高的(de)区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷的区(qū)域(yù)，但实际(jì)上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们通过(guò)对前景背景(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(zhōng)没(méi)有暗(àn)物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐(fú)射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大(dà)约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个数字(zì)与解释(shì)星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的(de)观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒(lì)子的存(cún)在，就相当于找到了(le)暗物质存在(zài)的实(shí)际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们(men)已经提出了数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标(biāo)粒子(zi)所需要(yào)的实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过(guò)去(qù)的(de)几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相(xiāng)互作用的(de)“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探(tàn)测器，一(yī)直(zhí)致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经(jīng)过了20多年的(de)数据收(shōu)集(jí)，人(rén)们发(fā)现(xiàn)了(le)一(yī)个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如(rú)果暗(àn)物(wù)质存(cún)在(zài)宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也(yě)在以这(zhè)样(yàng)的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河(hé)系的(de)方向是一致的(de)，而另外(wài)半年则(zé)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(dào)完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成(chéng)这(zhè)种年度周期(qī)信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上的积(jī)雪(xuě)，甚(shèn)至连(lián)意(yì)大利游客(kè)的(de)数量也符(fú)合这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在(zài)南半球建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季节(jié)与之前(qián)的(de)实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质(zhì)流的(de)运动特征和第一个(gè)实验(yàn)室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但是(shì)由于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜其中一个(gè)关键(jiàn)的用途(tú)就是(shì)探(tàn)索暗物质背后(hòu)的(de)奥秘，对于探测的(de)结果，我们(men)只(zhǐ)能(néng)拭(shì)目以(yǐ)待了(le)。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或(huò)者说(shuō)是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不会意味着人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的(de)大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质(zhì)存(cún)在的(de)实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更(gèng)新的动力！

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