宇宙是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会(huì)存在(zài)科学无法解释的(de)“暗物(wù)质(zhì)”？暗(àn)物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人(rén)类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在(zài)的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进(jìn)行了(le)超过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个(gè)地(dì)方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然哲学(xué)数学(xué)原(yuán)理一(yī)书中，埃萨(sà)克(kè)牛(niú)顿发(fā)表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的规(guī)律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来(lái)，当(dāng)天文学家们发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不(bù)符(fú)合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的(de)时候，他们就会(huì)知道，周围(wéi)一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万(wàn)有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的(de)物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个由数千个(gè)星系所组成的(de)巨大星系(xì)团，这些星系被引力束(shù)缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的(de)质量一般(bān)会使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力(lì)学质量的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各(gè)个星系相对于星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系(xì)团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度(dù)的过(guò)程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中很多(duō)星系的(de)速(sù)度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可(kě)见星系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用(yòng)，这种力量(liàng)来(lái)源于(yú)某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出(chū)了这样部分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人(rén)们(men)对这样的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福(fú)特在观测仙(xiān)女(nǚ)座(zuò)星系(xì)中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他(tā)们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们(men)，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现象，科学(xué)家们(men)会使用一种相(xiāng)对标准的方(fāng)法来(lái)解释暗(àn)物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测(cè)量了距离(lí)星系中心更(gèng)远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳系(xì)位(wèi)于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定律进行计算，太(tài)阳系(xì)的(de)运行速(sù)度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么(me)产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是存在着一(yī)种我们(men)看不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚(jù)集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在(zài)星系当中(zhōng)暗物(wù)质(zhì)的质量占整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在(zài)一项新的研究当(dāng)中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上(shàng)的微小差(chà)异。另外，天文(wén)学(xué)家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系(xì)当中(zhōng)存(cún)在(zài)的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个(gè)小时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是(shì)可(kě)以用正常(cháng)的物(wù)质和力学定律来解释的(de)。那么(me)又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一个大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗(àn)物(wù)质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很(hěn)可(kě)能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作方(fāng)式(shì)是不同的，这意味着在行星系(xì)尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是(shì)不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家(jiā)还引入了外部场效(xiào)应(yīng)的(de)概念，指的(de)是在数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的(de)质量之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的(de)效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发(fā)现(xiàn)也让(ràng)很(hěn)多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在(zài)的其他(tā)的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的气体(tǐ)当(dāng)中(zhōng)。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星(xīng)际气体的(de)相互(hù)作用就(jiù)会(huì)导致温度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团大(dà)部(bù)分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在(zài)的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通过什么(me)来(lái)验证它的质量(liàng)区(qū)域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地(dì)看到很多(duō)星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜出了(le)什么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东西(xī)的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大(dà)质量区(qū)域并(bìng)不是在中间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释(shì)方法(fǎ)就(jiù)是(shì)当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗(àn)物质则直接通(tōng)过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子(zi)弹(dàn)星系(xì)团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的(de)微(wēi)波(bō)辐(fú)射(shè)。其中红色(sè)的(de)部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离(lí)后的(de)二值图像(xiàng)进行连通(tōng)域(yù)提(tí)取(qǔ)和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是(shì)这(zhè)样的(de)，而随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会(huì)减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射(shè)的测(cè)量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着(zhe)某(mǒu)种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。这种粒(lì)子到底是(shì)什(shén)么(me)？科学家们已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要(yào)的(de)实验方式也不相同(tóng)。在过去的(de)几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规(guī)物(wù)质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地(dì)学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多(duō)年(nián)的数据收集，人们发(fā)现了一(yī)个有趣(qù)的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每(měi)年都是一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这可(kě)能是(shì)人类发现暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时(shí)地球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年(nián)的(de)时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情(qíng)况中，太(tài)阳(yáng)系(xì)相对(duì)银河系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可(kě)以用(yòng)来(lái)解释，研究人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当(dāng)然也可能(néng)有(yǒu)其他(tā)的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合这个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了(le)一个几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验(yàn离婚不离家有性关系吗，离婚了还和前夫有性)室正好相反，而在(zài)这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有(yǒu)力的证据了(le)。但是由于这个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费(fèi)米实(shí)验室(shì)粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命的(de)诞(dàn)生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果(guǒ)这一理论得(dé)到(dào)进一步的证(zhèng)实，那(nà)么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的(de)大(dà)前提是(shì)要(yào)先找到暗物质存在(zài)的(de)实际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是(shì)我更(gèng)新(xīn)的动力！

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