宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无(wú)法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的(de)证据，科(kē)学(xué)家们在过去的(de)几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是(shì)却没有发(fā)现任(rèn)何的有效(xiào)证据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动(dòng)的(de)规(guī)律。往后的几百年来(lái)，当(dāng)天(tiān)文学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定(dìng)律的(de)时候，他(tā)们(men)就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知(zhī)的(de)天体通过(guò)引力在摄动它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子(zi)。但(dàn)是(shì)这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一(yī)个(gè)由数千个星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星(xīng)系(xì)被(bèi)引(yǐn)力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系团的质(zhì)量一般(bān)会使用(yòng)到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力(lì)学质(zhì)量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移测(cè)量(liàng)星系团中(zhōng)的各个(gè)星系相对于星系团(tuán)的(de)运动速度(dù)。当测量(liàng)结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质量(liàng)消失了(le)，或者(zhě)说这99%的(de)质(zhì)量并不以可见光的形式所存在，我们(men)无(wú)法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的(de)速(sù)度比(bǐ)理(lǐ)论上(shàng)要(yào)快(kuài)得多(duō)，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星(xīng)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(tā)们早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外(wài)了，除非有一种神秘的(de)力量在起作(zuò)用，这(zhè)种(zhǒng)力(lì)量来(lái)源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这(zhè)样(yàng)部(bù)分不可见的(de)暗质，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人(rén)们对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再一(yī)次出现。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福(fú)特在观测仙女座(zuò)星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会越慢(màn)。但是他们(men)观测的(de)结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不(bù)变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解(jiě)释暗物(wù)质的(de)存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是(shì)测量星系当(dāng)中(zhōng)气(qì)体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗(àn)物质(zhì)的力量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了(le)距离星系中心更(gèng)远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的(de)第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引(yǐn)力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论速度(dù)，那(nà)么产生以(yǐ)上这(zhè)种向心加速度的原因(yīn)很可(kě)能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我(wǒ)们(men)看不(bù)到的物(wù)质，是这(zhè)些暗物质的引力效(xiào)应(yīng)将星(xīng)系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星(xīng)系(xì)当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科(kē)学(xué)家们(men)发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但(dàn)是星系当中存在的(de)恒星数(shù)量却只有(yǒu)银(yín)河系(xì)的千奶啤是什么做的，奶啤是什么做的酒分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但是(shì)科(kē)学家(jiā)们使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个(gè)小时(shí)的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒(héng)星(xīng)运动(dòng)是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律来解释的。那(nà)么(me)又有人(rén)提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附(fù)近(jìn)的另一个(gè)大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这(zhè)些现象的除了暗(àn)物(wù)质的假说(shuō)之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不(bù)够全(quán)面，引力很可能在不(bù)同尺度空(kōng)间中的工作方式是(shì)不(bù)同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团的尺度(dù)，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系团(tuán)之间的相互作用，科学(xué)家还引入(rù)了外部场效应的(de)概念，指的是在(zài)数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立(lì)，这意味着我们需(xū)要对现在的(de)物理定(dìng)律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很多人(rén)认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但(dàn)是(shì)在(zài)宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的(de)其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团(tuán)所组成，类似(shì)这样(yàng)的星团(tuán)，它(tā)们(men)大部分(fēn)的普通(tōng)质量(liàng)都(dōu)在星系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团(tuán)以(yǐ)1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互作(zuò)用就(jiù)会导致温度(dù)的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的质(zhì)量(liàng)将位于(yú)所有这些气体所(suǒ)在的(de)中间区域。那么(me)我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它(tā)的质量区域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明(míng)显地(dì)看到很(hěn)多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大(dà)的形(xíng)变(biàn)。其(qí)实这些星系本(běn)身并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而(ér)是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上(shàng)的(de)观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天体可(kě)能是(shì)超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区(qū)域并不是在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的(de)解释方(fāng)法就是(shì)当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接(jiē)通过了这(zhè)个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的(de)迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐(fú)射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之(zhī)间的温(wēn)差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们(men)通过(guò)对前景(jǐng)背景(jǐng)分(fēn)离(lí)后(hòu)的二值图像进行连(lián)通域提取(qǔ)和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解释星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用(yòng)了一(yī)个简单(dān)的(de)理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多(duō)不(bù)同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到(dào)这种(zhǒng)粒子的(de)存在(zài)，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么(me)？科学家们已经提(tí)出了数十种(zhǒng)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(yào)的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会(huì)与常规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们已经(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(gè)地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年(nián)以来(lái)，这(zhè)里的科(kē)学家声(shēng)称观(guān)测到了(le)某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的数据收集，人们(men)发(fā)现(xiàn)了(le)一(yī)个(gè)有趣(qù)的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这可能是(shì)人(rén)类发现(xiàn)暗(àn)物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性的(de)年(nián)度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系(xì)进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们也在(zài)以这(zhè)样的速度(dù)在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最(zuì)快的时段(duàn)。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可(kě)以用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观(guān)测到(dào)的周期性信(xìn)号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的(de)情况，造(zào)成这种(zhǒng)年(nián)度周(zhōu)期(qī)信号的(de)差异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的(de)实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗(àn)物(wù)质流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据(jù)了(le)。但(dàn)是由于(yú)这个(gè)实验(yàn)室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的(de)主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提(tí)供的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们(men)极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢(ne)？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这(zhè)些(xiē)推论的大前提是要先找到(dào)暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗(àn)物质到底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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