宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质存在(zài)的证据，科(kē)学家们在过(guò)去的几十年当(dāng)中进行(xíng)了超过(guò)50次的长期实验，但是却(què)没有发现任(rèn)何(hé)的(de)有效(xiào)证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后(hòu)的(de)几(jǐ)百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它(tā)的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现(xiàn)都是(shì)应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所(suǒ)取得重大(dà)天文成就的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中，可(kě)当(dāng)我们(men)上升(shēng)到(dào)星(xīng)系或者是星团的尺度(dù)，事(shì)情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组成的(de)巨大(dà)星系团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力束(shù)缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般会(huì)使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其(qí)质量(liàng)的(de)范(fàn)围。

第(dì)一(yī)种是(shì)获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测(cè)量各个星系(xì)的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红(hóng)移测(cè)量(liàng)星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当(dāng)测量结(jié)果出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见光的形式所存在，我(wǒ)们(men)无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发(fā)现(xiàn)星系团中很多(duō)星系的(de)速度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的(de)引(yǐn)力是无法将它们(men)束缚在星系(xì)团内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力(lì)量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当(dāng)时的人(rén)们对这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙女座(zuò)星系(xì)中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却(què)让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系(xì)当中如果(guǒ)没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这(zhè)种方法就是(shì)测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星系中心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速(sù)度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中(zhōng)心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的(de)第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系(xì)的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那么(me)产生以上这种向心加速(sù)度的原因很可(kě)能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们看不到的(de)物质，是(shì)这些暗物质的(de)引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人(rén)员开始(shǐ)相信暗物质的(de)存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系(xì)当中暗(àn)物(wù)质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一(yī)项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学(xué)家们(men)发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还发(fā)现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却(què)只有银河(hé)系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行(xíng)了(le)40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星运动是可以(yǐ)用正常的(de)物(wù)质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不同(tóng)的(de)，这意(yì)味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互(hù)作用则是不(bù)同的(de)方式。对于在(zài)星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指的是在数百万光年(nián)的规模(mó)上，巨(jù)大(dà)的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们(men)需要对现在(zài)的物(wù)理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还(hái)有关于暗(àn)物(wù)质存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的(de)气体当中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体(tǐ)的(de)相互(hù)作(zuò)用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间(jiān)区(qū)域。那么我们通(tōng)过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质量区域(yù)到底是不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片(piàn)中我们可(kě)以明(míng)显地看到很(hěn)多星系(xì)似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变。其实这些星系本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什么(me)问题，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和(hé)我们(men)地球(qiú)上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是(shì)超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的(de)时(shí)候(hòu)，发现它的(de)大(dà)质(zhì)量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两(liǎng)侧(cè)。所以最(zuì)好的(de)解释方法就是(shì)当星团发生(shēng)全部(bù)的(de)碰撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气体被卡在了(le)中间，暗物质则(zé)直接(jiē)通过了这个区(qū)域(yù)，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存(cún)在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了(le)130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留下(xià)了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它们(men)之间的温(wēn)差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二(èr)值图(tú)像进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形(xíng)看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗(àn)物(wù)质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多不同的(de)观(guān)测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子(zi)到底是什(shén)么？科学家(jiā)们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标(biāo)粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与(yǔ)常规物(wù)质相(xiāng)互作用的(de)“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一(yī)个地(dì)方，意大利的(de)格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗(àn)物质粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集(jí)，人(rén)们(men)发(fā)现了一(yī)个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到(dào)最低(dī)，而且(qiě)在(zài)20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一些科学(xué)家认为这(zhè)可能是人类发(fā)现暗(àn)物(wù)质的第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以这样(yàng)的速度(dù)在穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这个(gè)过(guò)程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人(rén)员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连(lián)意(yì)大(dà)利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了(le)一(yī)个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室(shì)正好(hǎo)相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流(liú)的运(yùn)动特征和(hé)第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可(kě)以得(dé)到相同的信号(hào)，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存在的(de)非常有(yǒu)力的证据(jù)了(le)。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前(qián)还无法提供相(xiāng)应(yīng)的数据(jù)支(zhī)持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南(吃完布洛芬不能吃什么，吃完布洛芬不可以吃的东西nán)希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其中(zhōng)一(yī)个(gè)关键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结(jié)果，我们(men)只能拭目以待了(le)。费米实(shí)验(yàn)室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科(kē)学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效(xiào)应，会(huì)支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是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(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗物质会(huì)不会意味着(zhe)人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提是要(yào)先找到暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那(nà)么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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