宇宙是“人为制造”的(de)？为何(hé)会存在科(kē)学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗(àn)物质(zhì)存在的(de)证据，科学(xué)家(jiā)们在过(guò)去的几十(shí)年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任何的有效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲学数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力(lì)定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万(wàn)有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行(xíng)轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且(qiě)发(fā)现了(le)海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应(yīng)用万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我们上升到(dào)星系或者是星团的(de)尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研(yán)究和测量后发星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千(qiān)个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被(bèi)引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质量一(yī)般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当两种方法结(jié)果一致，就(jiù)可以确(què)定其质(zhì)量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星系的(de)光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱(pǔ)红移(yí)测量星系团中的各个(gè)星系相对于星系(xì)团的运(yùn)动速度(dù)。当测(cè)量结(jié)果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量速度的(de)过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速度(dù)比理论上要(yào)快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将它(tā)们束缚(fù)在星系(xì)团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外了(le)，除非有一种神秘的(de)力量在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这样部(bù)分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部(bù)分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样(yàng)的(de)一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个(gè)词(cí)才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其轨道(dào)上的运行(xíng)速(sù)度(dù)就会(huì)越慢(màn)。但是(shì)他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到(dào)不可(kě)思议(yì)。

随(suí)着与中心距离(lí)的增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎(hū)保持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力一方水等于多少吨水，一方水等于多少吨水定律，在(zài)星系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方法就是测(cè)量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离星系(xì)中心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜(jìng)测(cè)量了距离星系中心更远距(jù)离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋一方水等于多少吨水，一方水等于多少吨水(xuán)转速度并不符合牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银(yín)河(hé)系的第三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远(yuǎn)大于(yú)理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很(hěn)可(kě)能(néng)就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的(de)引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越(yuè)多的(de)研究(jiū)人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一(yī)项新(xīn)的研(yán)究(jiū)当中，科(kē)学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的(de)遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光(guāng)年(nián)，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系当中存在的恒星数(shù)量却(què)只(zhǐ)有银(yín)河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家(jiā)们使用(yòng)最(zuì)先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时(shí)的详细(xì)测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它(tā)的(de)附近没有任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解(jiě)还(hái)不(bù)够全面，引(yǐn)力(lì)很可(kě)能在不同(tóng)尺度(dù)空间中的工(gōng)作方(fāng)式是(shì)不同的，这(zhè)意味着在(zài)行(xíng)星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解的(de)方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了(le)外部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的(de)质量之间(jiān)会(huì)产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着我们需要对(duì)现在的(de)物理定(dìng)律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物(wù)质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的(de)星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作(zuò)用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系(xì)团大(dà)部分的(de)质量将位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的(de)质(zhì)量区域(yù)到底是不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片中我(wǒ)们可以明显地看(kàn)到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不(bù)是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么(me)问题，而是这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大(dà)质量的(de)东西(xī)的引力(lì)，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大(dà)的天(tiān)体可能(néng)是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测(cè)的时候，发现它(tā)的大质量区域并不(bù)是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团(tuán)发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了(le)这个(gè)区域(yù)，并(bìng)在(zài)两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实(shí)际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们(men)通过对(duì)前景背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图(tú)像进行连通域(yù)提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图(tú)形(xíng)看起来(lái)不应该是这样的(de)，而随着暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到(dào)这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底是(shì)什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的(de)目标(biāo)粒子所(suǒ)需要(yào)的实验方式也不相同。在(zài)过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与常规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超(chāo)过50次的(de)实验，却没(méi)有任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利的(de)格兰萨索山(shān)，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地下矿(kuàng)井(jǐng)当中(zhōng)，藏(cáng)着(zhe)地球上最大(dà)的(de)地(dì)学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个一方水等于多少吨水，一方水等于多少吨水(gè)三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数(shù)据(jù)收(shōu)集，人们(men)发现(xiàn)了一个有趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会(huì)在每(měi)年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低(dī)，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质(zhì)的(de)第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质(zhì)会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们(men)也在以这(zhè)样的速(sù)度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与太(tài)阳的(de)方向(xiàng)正好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的(de)情况中，太(tài)阳(yáng)系(xì)相对银河(hé)系的(de)平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释(shì)，研(yán)究人员们所观测到(dào)的周(zhōu)期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号(hào)的差(chà)异(yì)也可能(néng)是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合(hé)这个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半(bàn)球(qiú)建立了(le)一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的(de)季(jì)节与之前的(de)实验(yàn)室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的(de)运动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的视(shì)野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一(yī)个关键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实验(yàn)室(shì)粒(lì)子天体物理(lǐ)中(zhōng)心的(de)科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可(kě)能(néng)拥(yōng)有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是(shì)生命进化的(de)一个重要因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质会不(bù)会意味着(zhe)人(rén)类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过这(zhè)样(yàng)的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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