宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何会存(cún)在科(kē)学无(wú)法解释的(de)“暗(àn)物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的证据，科学(xué)家们在(zài)过去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没(méi)有发现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符(fú)合(hé)万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时(shí)候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测量后发星系(xì)团的质量。这是(shì)一(yī)个(gè)由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚在(zài)一起。测(cè)量(liàng)星系团(tuán)的(de)质(zhì)量一般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可(kě)以确(què)定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获(huò)得其"光度(dù)学(xué)的质量(liàng)"，需要(yào)的(de)数据是测量各(gè)个星系的(de)光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相对于(yú)星系团(tuán)的运动速(sù)度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我(wǒ)们无(wú)法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度(dù)的(de)过(guò)程(chéng)中，兹(zī)威基(jī)发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上要快得(dé)多(duō)，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外了(le)，除非有一种神秘(mì)的(de)力量在起作(zuò)用(yòng)，这(zhè)种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的(de)质量。只是当时(shí)的人(rén)们对这样的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出(chū)现。天(tiān)文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特(tè)福特(tè)在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的(de)恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢(màn)。但是(shì)他们(men)观测的结果却(què)让(ràng)人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家(jiā)们通过(guò)射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离的(de)氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不例(lì)外，太(tài)阳系位于(yú)银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银(yín)河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的(de)原因很可能(néng)就是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看(kàn)不到的(de)物质，是这些暗物质(zhì)的(de)引力效(xiào)应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越来(lái)越多的研究人(rén)员开始相信暗物(wù)质(zhì)的存在(zài)。科学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当(dāng)中，科学家们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的(de)遥(yáo)远恒(héng)星之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的(de)千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则(zé)就会(huì)分(fēn)崩(bēng)离(lí)析。但(dàn)是科学(xué)家(jiā)们使用(yòng)最先进的望远镜对(duì)其进(jìn)行了40个(gè)小(xiǎo)时(shí)的详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可(kě)以用(yòng)正常的物质(zhì)和(hé)力学(xué)定律来解释(shì)的。那么(me)又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的蝇营狗苟是什么意思 蝇营狗苟下一句附近没有任何星系存(cún)在。造成这(zhè)些(xiē)现(xiàn)象的(de)除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人(rén)类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的(de)工作方式是不(bù)同的，这意味着在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的(de)方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是(shì)在(zài)数百万(wàn)光年(nián)的规(guī)模上(shàng)，巨大(dà)的(de)质量之(zhī)间(jiān)会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们(men)需要对现在(zài)的物理(lǐ)定律进行修正，这(zhè)些发(fā)现也(yě)让(ràng)很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在(zài)的其(qí)他的(de)理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星(xīng)际气体的(de)相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)就会(huì)导致温(wēn)度的急(jí)剧升高，速度(dù)大(dà)幅(fú)降低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团大部分的(de)质量将位于所有这些气体所(suǒ)在(zài)的中间区域(yù)。那么我们(men)通过什么来验证它的质(zhì)量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照片中我们(men)可以明显地看(kàn)到(dào)很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的(de)形(xíng)变。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个(gè)超大(dà)质(zhì)量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的(de)天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对(duì)子弹星(xīng)系团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它(tā)的(de)大质量区(qū)域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰撞时，可被(bèi)观测到(dào)的(de)质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通(tōng)过了这个区域(yù)，并在(zài)两边(biān)形成了(le)引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星(xīng)系团的引力(lì)透镜研(yán)究也被认为是暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了各(gè)相同性的微(wēi)波(bō)辐(fú)射。其中红色的部分表示温度(dù)较高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的(de)区域(yù)，但实际(jì)上它们(men)之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分(fēn)离(lí)后的二值(zhí)图(tú)像进(jìn)行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射的(de)测量值，我们需要(yào)的(de)暗物(wù)质大约是普通(tōng)物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解释(shì)星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们(men)不(bù)参与任何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力(lì)来相互作用。所以如果能(néng)够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存(cún)在的实际(jì)证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到(dào)底(dǐ)是什(shén)么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标(biāo)粒子(zi)所需要的(de)实验方(fāng)式也(yě)不(bù)相同。在(zài)过去的(de)几十(shí)年当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物(wù)质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何(hé)实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大(dà)的地(dì)学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质粒(lì)子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可(kě)能(néng)是人类发现暗(àn)物质(zhì)的第(dì)一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物质会(huì)产(chǎn)生(shēng)周(zhōu)期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系(xì)进行移动，那么如果暗(àn)物质存(cún)在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味着我们(men)也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗(àn)物(wù)质(zhì)流，这个过(guò)程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地(dì)球(qiú)围绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河系的方向是(shì)一(yī)致的，而另(lìng)外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达(dá)到(dào)了(le)最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响这个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可(kě)以用(yòng)来(lái)解释(shì)，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差(chà)异也可能是(shì)温(wēn)度(dù)、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎相同的实验(yàn)室，这(zhè)里的季节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的运动特征和第一个(gè)实验室(shì)是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可(kě)以得到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常(cháng)有力的(de)证(zhèng)据了(le)。但是由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还(hái)无(wú)法提供相应(yīng)的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个(gè)关键的用途就是探(tàn)索暗(àn)物(wù)质背(bèi)后的(de)奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研(yán)究发(fā)现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会意(yì)味着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙当中某个角落(luò)的(de)行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创造(zào)生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前(qián)提(tí)是(shì)要(yào)先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力(lì)！

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