宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物(wù)质存(cún)在的证(zhèng)据(jù)，科(kē)学家们在过去(qù)的几十年当中进行(xíng)了超过50次(cì)的长期实验，但是却(què)没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运(yùn)动(dòng)的(de)规律。往后的几百年来(lái)，当(dāng)天文(wén)学家们发(fā)现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会(huì)知道，周围(wéi)一定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算(suàn)并且发现了海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所(河北属于南方还是北方 河北属于北方吗suǒ)取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是(shì)这些发(fā)现都(dōu)是(shì)在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到(dào)星系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹(zī)威基正在(zài)研究和测量(liàng)后(hòu)发(fā)星(xīng)系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数(shù)据是测(cè)量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星(xīng)系相(xiāng)对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测量(liàng)结(jié)果出(chū)来(lái)之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的(de)400倍(bèi)。这(zhè)意(yì)味着，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量(liàng)消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式所存(cún)在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速(sù)度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力(lì)是无法将它们束(shù)缚(fù)在(zài)星系团内的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这样部(bù)分不可见的暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是(shì)当时(shí)的人(rén)们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距(jù)离(lí)中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度(dù)就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够(gòu)大的质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方(fāng)法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是(shì)由暗物质的(de)力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学(xué)家们通(tōng)过射(shè)电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中心(xīn)更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符(fú)合(hé)牛顿的(de)力(lì)学(xué)定律(lǜ)。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系位(wèi)于(yú)银河系的第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个(gè)实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种(zhǒng河北属于南方还是北方 河北属于北方吗)向心(xīn)加速度(dù)的原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引力效应(yīng)将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科(kē)学(xué)家(jiā)根据星(xīng)系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的(de)质量占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在(zài)的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析。但是(shì)科(kē)学家(jiā)们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜(jìng)对(duì)其(qí)进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的物(wù)质和力(lì)学(xué)定律来(lái)解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一(yī)个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对(duì)引(yǐn)力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在(zài)不同(tóng)尺度(dù)空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着在(zài)行星系(xì)尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星(xīng)团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入(rù)了(le)外(wài)部(bù)场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是(shì)在数(shù)百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们需(xū)要对现在的(de)物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让(ràng)很多(duō)人认为暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质存在的其(qí)他的理论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光(guāng)年(nián)的子(zi)弹星系团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们大(dà)部分(fēn)的普通质(zhì)量(liàng)都在(zài)星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发(fā)生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系(xì)团(tuán)大(dà)部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通过什么(me)来验证(zhèng)它的质量区域(yù)到底是不是集(jí)中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的(de)高清照片(piàn)，在照(zhào)片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的(de)形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的(de)天(tiān)体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质(zhì)量的(de)东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的(de)光(guāng)都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就(jiù)是(shì)引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的(de)黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们(men)对子(zi)弹星系团(tuán)观(guān)测的时(shí)候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域并不是(shì)在中间，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就(jiù)是当(dāng)星团发生全(quán)部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区(qū)域(yù)，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了(le)各相同(tóng)性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温(wēn)度较(jiào)高的区(qū)域(yù)，蓝(lán)色(sè)则表示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实(shí)际上它(tā)们之间的(de)温(wēn)差只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分(fēn)离后的(de)二值(zhí)图像进行连(lián)通(tōng)域提取和标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测(cè)量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的(de)5倍(bèi)。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单(dān)的理(lǐ)论框架(jià)，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它们(men)不参(cān)与任(rèn)何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不(bù)同的目(mù)标粒子所需要的实验(yàn)方(fāng)式也(yě)不(bù)相(xiāng)同。在过去的(de)几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物(wù)质相互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一(yī)个地(dì)方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地学实(shí)验(yàn)室，这个(gè)实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的(de)探测器，一(yī)直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观(guān)测(cè)到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发(fā)现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一(yī)些科学家认(rèn)为这可(kě)能是人类发(fā)现暗(àn)物质的(de)第(dì)一个(gè)直接证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会产生(shēng)周期(qī)性的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么(me)如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们也(yě)在以这样的(de)速度(dù)在穿越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银(yín)河系(xì)的(de)方向是一致的(de)，而另(lìng)外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这个理论的(de)有(yǒu)效(xiào)性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这(zhè)可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观测到的周期(qī)性信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信(xìn)号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的(de)数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动(dòng)特(tè)征和(hé)第一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里可以(yǐ)得到相同的(de)信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由(yóu)于这个(gè)实验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目(mù)前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天(tiān)体物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是生命进(jìn)化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会意(yì)味着(zhe)人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论(lùn)的(de)大前提是(shì)要先找到(dào)暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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