宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗(àn)物质(zhì)存在的(de)证(zhèng)据(jù)，科学家(jiā)们在过(guò)去(qù)的几十(shí)年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据(jù)。除了一个地方，在(zài)1687年(nián)出版的自(zì)然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合(hé)万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)的时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且发现了海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥(míng)王(wáng)星(xīng)的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定律所取(qǔ)得重大天文(wén)成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们(men)上(shàng)升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变(biàn)得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测(cè)量后(hòu)发星系团(tuán)的(de)质量。这是一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系(xì)被(bèi)引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可(kě)以确定其(qí)质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度学(xué)的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测(cè)量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着(zhe)，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的(de)形式所(suǒ)存(cún)在(zài)，我们(men)无法(fǎ)看(kàn)到。最(zuì)诡异的(de)是(shì)，在测量速度(dù)的过程(chéng)中，兹威基发现星系(xì)团中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质(zhì)量所产生(shēng)的引力是(shì)无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘的力(lì)量在起作(zuò)用(yòng)，这(zhè)种力(lì)量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行(xíng)速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果却让人感到(dào)不(bù)可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万(wàn)有(yǒu)引力定律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足够大的质量来(lái)吸引它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这种方(fāng)法就是测(cè)量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系(xì)中心(xīn)的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过(guò)射电望远镜测量了距(jù)离星系中(zhōng)心更远距离(lí)的(de)氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的(de)第(dì)三悬臂(bì)之(zhī)上，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于(yú)理论速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的原因(yīn)很可(kě)能(néng)就是存(cún)在(zài)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(yīng)将星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越来越(yuè)多的(de)研(yán)究人员开始相信暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在。科学家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)质量占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不(bù)是(shì)唯一(yī)可以解释这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差(chà)异。另外，天文学家还发(fā)现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在的(de)恒(héng)星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的(de)望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量(liàng)之(zhī)后，发(fā)现星(xīng)系(xì)中的恒(héng)星运(yùn)动是可以用正常(cháng)的(de)物质和(hé)力学(xué)定律来(lái)解释的。那么(me)又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的(de)另一(yī)个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没(méi)有(yǒu)任(rèn)何星系存(cún)在(zài)。造成(chéng)这些现象的除(chú)了(le)暗(àn)物质的(de)假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全面，引力(lì)很可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这(zhè)意(yì)味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到(dào)星系和(hé)星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的(de)相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团(tuán)之间的相互(hù)作用，科学(xué)家(jiā)还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大(dà)的质量之间会(huì)产生对彼此特(tè)殊的(de)效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我(wǒ)们需(xū)要(yào)对(duì)现在的物理定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星系(xì)团所组成，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们大部(bù)分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系(xì)的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的(de)时(shí)候，星(xīng)际(jì)气体的相互作用(yòng)就会(huì)导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在(zài)理论上(shàng)，在碰(pèng)撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分的质量将位于所有这些气体所在的(de)中(zhōng)间区域。那么我们通(tōng)过(guò)什么来验证它的质量区(qū)域(yù)到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们(men)可以明(míng)显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系(xì)似乎(hū)被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的(de)形(xíng)变。其(qí)实这些星(xīng)系本身并不是(shì)真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这(zhè)样极(jí)遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球上的观测者(zhě)之间(jiān)。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能(néng)是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们(men)对(duì)子弹(dàn)星系团观测的时候，发(fā)现它的大质(zhì)量(liàng)区域并(bìng)不(bù)是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测(cè)到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了这个区(qū)域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子(zi)弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了各(gè)相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其(qí)中红色(sè)的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后的(de)二值(zhí)图像进行连通域提取和(hé)标记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随(suí)着暗物质的(de)增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字与(yǔ)解(jiě)释星系当中(zhōng)恒星运动所需要(yào)的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解释了很多不同的观(guān)测(cè)结果。而暗物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型(xíng)的(de)粒子，它们不参(cān)与任何其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质(zhì)存在的(de)实(shí)际证据。这种粒(lì)子到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已经(jīng)提(tí)出(chū)了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些(xiē)不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了(le)一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测(cè)到(dào)了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年的(de)数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的(de)事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年(nián)当中每(měi)年都是一(yī)样。一(yī)些(xiē)科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗仙洋为什么判7年，仙洋为什么被抓了物(wù)质的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么(me)如果暗物质存(cún)在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物(wù)质流，这(zhè)个过(guò)程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕(rào)太阳进(jìn)行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相(xiāng)反(fǎn)。

而(ér)在6月(yuè)份(fèn)的时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个(gè)理论的(de)有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们(men)所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有其他的(de)情况(kuàng)，造(zào)成(chéng)这种年度周期(qī)信号的差异(yì)也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在(zài)南半球建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第(dì)一个(gè)实验室(shì)是一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这(zhè)里可以得到相同(tóng)的(de)信号，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证据了(le)。但是由于(yú)这(zhè)个(gè)实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的(de)望远镜，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关键的用(yòng)途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我们(men)只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有可能(néng)拥有另一(yī)种神(shén)秘的(de)效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会(huì)意味着人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要(yào)先找到(dào)暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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