宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会(huì)存在科学无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科学家们(men)在过去的几(jǐ)十(shí)年当中进行了超过50次的(de)长期实(shí)验，但是(shì)却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个(gè)地(dì)方，在(zài)1687年(nián)出(chū)版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的(de)几百年来(lái)，当(dāng)天文学(xué)家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他(tā)们(men)就会知道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的(de)发现都是应(yīng)用万有(yǒu)引力定律所取得重大(dà)天文成就的例子(zi)。但是这些发(fā)现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些(xiē)星系(xì)被引力(lì)束缚(fù)在一(yī)起。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一般(bān)会(huì)使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致，就可以确定其(qí)质量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的数据(jù)是(shì)测量各(gè)个星系(xì)的(de)光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星(xīng)系团的(de)运动速度(dù)。当(dāng)测量结(jié)果出来之后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是(shì)，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系的(de)质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力(lì)是(shì)无法将它(tā)们束缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就(jiù)应(yīng)该被(bèi)抛出星系(xì)团之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光家用炒菜锅生铁好还是熟铁好，铸铁锅和生铁锅哪个对身体好，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是当时的(de)人们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道(dào)上的(de)运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有足够大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它(tā)们(men)，这些外围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于(yú)这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的(de)方法来解释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种方法就(jiù)是测量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗(àn)物(wù)质的(de)力量进入其(qí)中。

于是(shì)科学家们通(tōng)过(guò)射(shè)电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系(xì)的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度，那么(me)产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速度的(de)原因很可能就是存在着(zhe)一种我们(men)看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始，越来越多(duō)的研(yán)究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估(gū)算在星系(xì)当中暗物(wù)质的(de)质量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不(bù)是(shì)唯(wéi)一(yī)可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科学家(jiā)们(men)发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常(cháng)的星(xīng)系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常(cháng)的物质和力(lì)学定律来(lái)解释的(de)。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离(lí)了(le)。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没(méi)有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些现象的(de)除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引力的理解(jiě)还不(bù)够全面，引力很(hěn)可能在(zài)不(bù)同(tóng)尺度空间中的工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这(zhè)意(yì)味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同(tóng)的方式。对(duì)于(yú)在(zài)星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概念，指的(de)是在数(shù)百万(wàn)光年的(de)规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗(àn)物(wù)质假说理论就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物质存在(zài)的其他的理论证据(jù)，这(zhè)些理论证(zhèng)据是(shì)蒙(méng)德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的(de)子弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的(de)星系团(tuán)所组成(chéng)，类似这(zhè)样(yàng)的(de)星团(tuán)，它(tā)们大(dà)部(bù)分的普(pǔ)通质量都(dōu)在星(xīng)系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的(de)质量将位(wèi)于(yú)所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的(de)中间区域。那(nà)么我们通过什么来验证(zhèng)它(tā)的质量区域(yù)到底(dǐ)是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以明显地看(kàn)到(dào)很(hěn)多(duō)星(xīng)系(xì)似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了(le)巨(jù)大的(de)形变。其实这些星系(xì)本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和(hé)我(wǒ)们(men)地球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的(de)天(tiān)体可(kě)能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们(men)对(duì)子(zi)弹星系团(tuán)观测(cè)的时(shí)候，发现它的大(dà)质(zhì)量区域(yù)并不(bù)是(shì)在中间，而是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解释方(fāng)法就是(shì)当星(xīng)团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测到(dào)的(de)质量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在(zài)的(de)迄今(jīn)为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了(le)130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景(jǐng)上留下(xià)了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通(tōng)域(yù)提取和标(biāo)记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来(lái)不(bù)应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物(wù)质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要(yào)的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某种(zhǒng)类(lèi)型(xíng)的粒(lì)子，它们(men)不参(cān)与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当于找到了(le)暗物质存(cún)在的实际证据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科(kē)学家们已经提出(chū)了(le)数十种(zhǒng)的假想目标，而要(yào)寻找这些(xiē)不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质(zhì)相互作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下(xià)1400米(mǐ)处的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的(de)探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们(men)发现了(le)一个(gè)有趣的事(shì)情。探测(cè)率会(huì)在(zài)每年(nián)的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而(ér)且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些科学家认为这(zhè)可能(néng)是人(rén)类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系进(jìn)行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质流(liú)，这个过程中会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间(jiān)，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系的(de)方向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完(wán)全一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最(zuì)快的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的(de)平面(miàn)呈(chéng)现了(le)60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也可(kě)能(néng)有其(qí)他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号(hào)的(de)差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和第(dì)一个实验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还(hái)无法(fǎ)提供相应的(de)数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供(gōng)的(de)视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途就是探索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测(cè)的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子(zi)天(tiān)体物理中心的(de)科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特(tè)芬(fēn)研究发现，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质(zhì)正在(zài)通(tōng)过这样的(de)效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的动力！

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