宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了(le)寻找暗物(wù)质存在的证据，科学(xué)家们(men)在过(guò)去的几十(shí)年当中进行了超过(guò)50次(cì)的(de)长期实验(yàn)，但是(shì)却没(méi)有(yǒu)发现任何的有效证据。除了(le)一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的(de)规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不(bù)符合(hé)万有引力定律的(de)时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的(de)天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定(dìng)律所取得重大天(tiān)文(wén)成就的例(lì)子。但是(shì)这(zhè)些发(fā)现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我们上升到(dào)星系或(huò)者是(shì)星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测量后发星系(xì)团的质量(liàng)。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被(bèi)引力束缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团的质量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度(dù)学的(de)质(zhì)量(liàng)"，需要的(de)数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星(xīng)系相对于星(xīng)系团的运动速(sù)度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些(xiē)可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它(tā)们束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们早就应该被抛出(chū)星系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中(zhōng)绝(jué)大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时的人们(men)对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人(rén)感(gǎn)到不(bù)可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的(de)万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律，在星系当(dāng)中如(rú)果没(méi)有足(zú)够大(dà)的(de)质量(liàng)来吸(xī)引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标(biāo)准的(de)方法来(lái)解释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就(jiù)是(shì)测量星系当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离(lí)星系(xì)中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出(chū)现异常的(de)结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通(tōng)过(guò)射(shè)电望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)测量(liàng)了距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元素(sù)，发现它们的旋转速(sù)度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银(yín)河系的第(dì)三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进(jìn)行计算，太(tài)阳(yáng)系的运(yùn)行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速(sù)度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速(sù)度的(de)原因很可能就是(shì)存在(zài)着(zhe)一(yī)种我们看(kàn)不(bù)到的(de)物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系(xì)聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在(zài)星(xīng)系当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一(yī)项新的研究当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个(gè)小时(shí)的详细(xì)测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来(lái)解(jiě)释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附(fù)近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系(xì)存(cún)在。造成这些现象的除了暗(àn)物(wù)质的假说(shuō)之外，另一(yī)种可能就是(shì)人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在行(xíng)星系(xì)尺度中的(de)天体会沿着它们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是(shì)上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间(jiān)的(de)相互作用则是不(bù)同的(de)方式。对于(yú)在(zài)星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要对现在的(de)物理定律进(jìn)行修正，这(zhè)些(xiē)发现也让(ràng)很(hěn)多(duō)人认为暗物质(zhì)假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗(àn)物质存在(zài)的其(qí)他的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们大(dà)部分(fēn)的(de)普通质量(liàng)都在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际(jì)气体的相互(hù)作用(yòng)就会导(dǎo)致温(wēn)度的急(jí)剧升高，速(sù)度大(dà)幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大(dà)部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么(me)我们通(tōng)过什么来验证(zhèng)它(tā)的(de)质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我们(men)可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本(běn)身并不(bù)是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的(de)观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西(xī)的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发现它的(de)大(dà)质量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到(dào)的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物(wù)质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当(dāng)中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多(duō)亿年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际(jì)上它(tā)们之间的温差只有万分之(zhī)一(yī)。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景背景分(fēn)离(lí)后(hòu)的二值图像进行连(lián)通域提取和标记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加(jiā)，一些峰值的(de)幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值(zhí)，我们(men)需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释(shì)星(xīng)系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解释了很(h高铁允许携带多少香烟，高铁有规定可以带多少烟ěn)多不同的(de)观(guān)测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的(de)电(diàn)磁作用，只通过引力(lì)来(lái)相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了(le)数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的(de)目标(biāo)粒(lì)子所需要的实验方式也不(bù)相同(tóng)。在(zài)过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类(lèi)为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实(shí)质性的(de)发现，除了一个地(dì)方，意(yì)大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的地(dì)学(xué)实验(yàn)室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的数据(jù)收集(jí)，人们(men)发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗物(wù)质(zhì)的(de)第(dì)一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物(wù)质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太(tài)阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕高铁允许携带多少香烟，高铁有规定可以带多少烟着银河(hé)系进行移动，那(nà)么(me)如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个(gè)过(guò)程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的(de)，而另外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到(dào)的(de)周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其(qí)他的情况，造(zào)成这种年度周期信号(hào)的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游客的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之前的实(shí)验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流(liú)的(de)运动(dòng)特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这(zhè)里可以(yǐ)得(dé)到(dào)相同(tóng)的(de)信(xìn)号，就可(kě)以(yǐ)成(chéng)为暗物质(zhì)所存在(zài)的非常有力(lì)的证(zhèng)据了(le)。但是(shì)由于(yú)这(zhè)个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法提供相应(yīng)的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是(高铁允许携带多少香烟，高铁有规定可以带多少烟shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物(wù)质效应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进化的(de)一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物质会不会意(yì)味着人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角落的(de)行星上(shàng)，暗物(wù)质正(zhèng)在(zài)通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们(men)觉得(dé)暗物(wù)质到(dào)底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新的动(dòng)力(lì)！

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