宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的(de)几十(shí)年(nián)当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没(m建军是哪一年éi)有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文(wén)学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的(de)天体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过(guò)天(tiān)王星(xīng)运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道的异(yì)常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用(yòng)万有引力(lì)定律所取得重大(dà)天(tiān)文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的(de)物理学(xué)家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团，这些星系(xì)被引力(lì)束缚在(zài)一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一致，就可以确(què)定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要(yào)的数(shù)据(jù)是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中的(de)各个(gè)星(xīng)系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来之(zhī)后(hòu)，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见(jiàn)光(guāng)的形式(shì)所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系(xì)的质量所(suǒ)产生建军是哪一年的引力是无(wú)法将它们束缚(fù)在星系团内的(de)，它们早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来(lái)源于某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了(le)这(zhè)样(yàng)部分不可(kě)见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一(yī)次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中(zhōng)心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观(guān)测的(de)结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的(de)增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在(zài)星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们(men)，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当中了(le)。基(jī)于这种现象，科学家们(men)会使用一(yī)种相(xiāng)对标(biāo)准的(de)方法(fǎ)来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是(shì)测量星系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋(xuán)转速度并(bìng)不(bù)符合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的(de)第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因很可(kě)能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质(zhì)，是(shì)这(zhè)些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来(lái)越多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学(xué)家(jiā)根(gēn)据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星(xīng)系(xì)当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项新(xīn)的(de)研究当中(zhōng)，科学家(jiā)们发(fā)现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速度上的(de)微(wēi)小差(chà)异。另外，天文学家(jiā)还发(fā)现了一个反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是(shì)科学(xué)家们使用最先进(jìn)的(de)望远镜对(duì)其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系中的恒(héng)星运动是(shì)可以用正常的物质和(hé)力(lì)学定律来解释的(de)。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附(fù)近(jìn)的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的(de)是(shì)，它的附(fù)近没(méi)有任何星系存(cún)在。造(zào)成这(zhè)些现(xiàn)象的除(chú)了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同(tóng)尺度空(kōng)间中(zhōng)的(de)工(gōng)作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿(yán)着它们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但(dàn)是(shì)上升到星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互(hù)作用则是(shì)不同的(de)方(fāng)式(shì)。对于(yú)在星系团之间(jiān)的相互(hù)作用，科学家还引入了(le)外(wài)部场效应的概(gài)念(niàn)，指的是在数百万(wàn)光年的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需(xū)要(yào)对现在的物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发(fā)现(xiàn)也(yě)让很(hěn)多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的(de)子弹(dàn)星系团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的(de)星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的(de)气(qì)体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就(jiù)会导致(zhì)温度(dù)的(de)急剧升高，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于(yú)所有(yǒu)这(zhè)些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质量区(qū)域到(dào)底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们(men)可以明显地看(kàn)到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大的(de)形变。其(qí)实这(zhè)些(xiē)星(xīng)系本身并不是真的(de)被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的(de)引力(lì)，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都(dōu)发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是(shì)超(chāo)大质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系(xì)团观测的(de)时候(hòu)，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的(de)迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了(le)130多(duō)亿(yì)年之后，这些光(guāng)在(zài)宇(yǔ)宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了各相同性的(de)微波(bō)辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的(de)温(wēn)差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的二(èr)值图像(xiàng)进行连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图(tú)形看起来不应该是这(zhè)样的(de)，而随(suí)着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是(shì)普(pǔ)通(tōng)物质的(de)5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒星运动所需(xū)要的暗物(wù)质(zhì)比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解释了(le)很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而(ér)暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒(lì)子(zi)的存在，就相当(dāng)于找到了暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家(jiā)们(men)已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不同的目(mù)标粒子(zi)所需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为(wè建军是哪一年i)了寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经进行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次(cì)的实(shí)验(yàn)，却没(méi)有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除了(le)一个地方，意大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的地学实验(yàn)室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的(de)探测器，一(yī)直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质粒子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称(chēng)观测到了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事(shì)情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样(yàng)。一些(xiē)科学(xué)家(jiā)认为这可能是(shì)人(rén)类发现暗物质(zhì)的第一(yī)个直(zhí)接证据(jù)。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在(zài)以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银(yín)河系的(de)方(fāng)向是(shì)一致的(de)，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快的(de)时(shí)段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人(rén)员们(men)所(suǒ)观测(cè)到的周期(qī)性信号。当(dāng)然也(yě)可能(néng)有其他(tā)的(de)情况(kuàng)，造(zào)成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号的差(chà)异(yì)也可能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游客的(de)数量(liàng)也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的(de)实验(yàn)室(shì)，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗(àn)物(wù)质流(liú)的运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得(dé)到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质(zhì)所存在(zài)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(yǐ)截至(zhì)目前(qián)还无法提(tí)供相(xiāng)应(yīng)的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台(tái)太(tài)空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途(tú)就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进化的(de)一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质(zhì)会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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