宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什(shén)么(me)？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年当中进行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)中天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的时候，他们(men)就会知道，周围一(yī)定有未知(zhī)的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄(shè)动它(tā)的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应(yīng)用万有(yǒu)引力定律所取得重(zhòng)大(dà)天文成就的例子。但是这些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或(huò)者是星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基(jī)正在(zài)研(yán)究和(hé)测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团(tuán)的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数(shù)据是测量各(gè)个(gè)星系的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移(yí)测(cè)量(l结婚时还是处的多吗，结婚还是处的有多少iàng)星系团(tuán)中的各个星系相对(duì)于星系团的(de)运动(dòng)速度(dù)。当测(cè)量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测(cè)量速(sù)度的(de)过程中，兹威基发现星系(xì)团中很(hěn)多星系的速度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束(shù)缚(fù)在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出(chū)星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在(zài)起作(zuò)用，这种力量来(lái)源于(yú)某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它(tā)们却(què)占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这(zhè)样的(de)一种说(shuō)法不屑(xiè)一(yī)顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词(cí)才再一次出(chū)现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒(héng)星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让(ràng)人感到不(bù)可(kě)思议。

随(suí)着(zhe)与(yǔ)中心距离(lí)的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的(de)质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的(de)恒(héng)星(xīng)早(zǎo)就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会(huì)使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的(de)力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科(kē)学家们通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速(sù)度(dù)应(yīng)该是(shì)160千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实际上(shàng)，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实际速(sù)度远远大(dà)于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速度的原因(yīn)很可能(néng)就是存(cún)在着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的(de)速度，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星系(xì)质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们(men)发(fā)现，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发(fā)现了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系不多，但是(shì)星系当中(zhōng)存在(zài)的恒(héng)星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必须存(cún)在(zài)暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们使(shǐ)用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运动是(shì)可以用(yòng)正常的物质和力学定(dìng)律(lǜ)来解(jiě)释(shì)的。那么又有人(rén)提(tí)出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另(lìng)一个(gè)大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的结婚时还是处的多吗，结婚还是处的有多少是，它(tā)的(de)附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外(wài)，另一(yī)种可(kě)能就(jiù)是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不(bù)同的(de)，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它(tā)们的(de)轨道，按照我们所理解的方(fāng)式(shì)运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的(de)方式。对于(yú)在星系团之间(jiān)的(de)相互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入(rù)了(le)外部场(chǎng)效应的概念，指的(de)是在数百万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间(jiān)会产生对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律进行(xíng)修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没(méi)法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会(huì)导致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在(zài)理论(lùn)上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的(de)中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么(me)来验证它的(de)质量区域(yù)到(dào)底是(shì)不是集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片(piàn)中(zhōng)我们可以明显地(dì)看到很多(duō)星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们(men)地球(qiú)上的(de)观(guān)测者之间。被一(yī)个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西的(de)引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大(dà)质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团(tuán)发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质(zhì)量气(qì)体被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接(jiē)通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引力(lì)透(tòu)镜研究也(yě)被认为是(shì)暗(àn)物质存在的迄(qì)今为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除(chú)此之(zhī)外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终于(yú)可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背景上(shàng)留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部(bù)分表示温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但实(shí)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进行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着(zhe)暗物质的(de)增加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减小，才(cái)变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的(de)暗(àn)物(wù)质(zhì)比例是一致(zhì)的(de)。这就(jiù)意(yì)味着。

用了(le)一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很好地解释了(le)很多不同的观(guān)测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不(bù)同的目标(biāo)粒子(zi)所(suǒ)需要的实(shí)验(yàn)方(fāng)式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了(le)寻(xún)找这(zhè)些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这(zhè)里(lǐ)的(de)科学(xué)家声(shēng)称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些科(kē)学(xué)家认为这可(kě)能是人(rén)类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应(yīng)的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而(ér)另外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方(fāng)向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这是(shì)理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的(de)情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研(yán)究人员(yuán)们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号(hào)的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的(de)实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而(ér)在这(zhè)里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的(de)运动特征和第(dì)一个实验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里可以得(dé)到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼(màn)太(tài)空望远镜其中一(yī)个关键的(de)用途就是探索暗物质背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心的(de)科(kē)学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研(yán)究(jiū)发现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者说是(shì)生命进化(huà)的一个重要(yào)因素。

如(rú)果这一理论得到(dào)进一步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会(huì)不(bù)会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的(de)行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的(de)效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然(rán)，这(zhè)些推论的(de)大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的动力！

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