宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为何会存在(zài)科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证据(jù)，科学家(jiā)们在过(guò)去的几十(shí)年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除了一个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它(tā)揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律的(de)时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围一定有未(wèi)知的天(tiān)体通过引力(lì)在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且发现了海王(wáng)星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正(zhèng)在(zài)研究和测量后发星系(xì)团的质量。这是(shì)一个由数千个星系(xì)所组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使(shǐ)用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法结(jié)果一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动力学质量(liàng)的(de)计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中(zhōng)的各(gè)个星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不(bù)以可见光的形(xíng)式(shì)所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的速(sù)度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质(zhì)量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是(shì)无法将它们束(shù)缚在星系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样(yàng)部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质(zhì)量(liàng)。只是(shì)当时的人们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他(tā)们(men)观测(cè)的结果却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着(zhe)与中心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如(rú)果没有足(zú)够大的质量来(lái)吸引它们(men)，这些外围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对(duì)标准的方法来解释暗(àn)物(wù)质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的(de)距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如(rú)果出现异(yì)常的结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物(wù)质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射(shè)电(diàn)望远镜(jìng)测量了距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离(lí)的氢(qīng)元素，发现它们的旋(xuán)转速度(dù)并不符合牛顿的(de)力学定律。我们(men)的(de)太(tài)阳(yáng)系也(yě)不例外(wài)，太阳系位于(yú)银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计(jì)算(suàn)，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度的原因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一种我(wǒ)们看不(bù)到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在(zài)了(le)一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多的研(yán)究人员开始相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家(jiā)根(gēn)据星系外(wài)恒(héng)星轨(guǐ)道的(de)速度，估(gū)算在(zài)星系当中暗(àn)物质(zhì)的质(zhì)量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学(xué)家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存在(zài)的恒星数(shù)量却(què)只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必须存(cún)在暗物(wù)质，否则就(jiù)会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先(xiān)进的(de)望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的(de)详细测量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是可以用正常的物(wù)质和力(lì)学(xué)定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些现(xiàn)象的(de)除了暗(àn)物(wù)质的假说之外，另一(yī)种可(kě)能就是人类对引力(lì)的(de)理(lǐ)解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很可能在(zài)不同尺度(dù)空间中的工作方式(shì)是(shì)不同的，这意(yì)味着在(zài)行星系尺度(dù)中的天体会沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星(xīng)团的复刻版是正品吗，复刻是不是假货的意思尺度，引力之间的相互(hù)作用(yòng)则是不(bù)同的方式。对于在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还引入了(le)外部场效应(yīng)的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们(men)需要(yào)对现在(zài)的物(wù)理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此终结(jié)。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗物质存在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光(guāng)年的(de)子弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的(de)星系团(tuán)所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系(xì)的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分(fēn)的质(zhì)量将位于所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们(men)通过(guò)什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出(chū)了什么问题(tí)，而是(shì)这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系(xì)的光(guāng)都发(fā)生(shēng)了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量(liàng)的(de)黑洞(dòng)或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团(tuán)发(fā)生全部(bù)的(de)碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则(zé)直接(jiē)通过了这个区域(yù)，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)的引力(lì)透(tòu)镜研究也被(bèi)认为是暗物质存(cún)在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆(bào)炸开(kāi)始，38万(wàn)年(nián)之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的(de)部(bù)分表示温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的(de)区域，但实际(jì)上它们之间的(de)温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后(hòu)的二值(zhí)图(tú)像进行连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不(bù)应该是这(zhè)样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系(xì)当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好地解释(shì)了很(hěn)多(duō)不同的观测结(jié)果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子(zi)，它们(men)不参与任何其(qí)他(tā)的电(diàn)磁作用(yòng)，只通(tōng)过引(yǐn)力(lì)来相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到(dào)底是什么？科(kē)学(xué)家们已经(jīng)提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方式(shì)也不(bù)相同(tóng)。在过去(qù)的几十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学(xué)家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的发现，除了一(yī)个地(dì)方(fāng)，意大(dà)利的格(gé)兰萨(sà)索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子(zi)的周(zhōu)期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观(guān)测(cè)到了(le)某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现(xiàn)了一(yī)个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些(xiē)科学(xué)家认(rèn)为这可能(néng)是人(rén)类发现暗(àn)物质的第一(yī)个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性的(de)年度(dù)信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河(hé)系(x复刻版是正品吗，复刻是不是假货的意思ì)的(de)方向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半年(nián)则与之(zhī)相(xiāng)反。

而(ér)在(zài)6月(yuè)份的时(shí)候，地(dì)球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论的(de)有效(xiào)性(xìng)。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这(zhè)可以用来解释，研究人员(yuán)们所观(guān)测到(dào)的(de)周期(qī)性信(xìn)号。当然也(yě)可能有其(qí)他的情况，造成这种年度(dù)周期信号(hào)的差(chà)异也(yě)可能(néng)是温度、湿(shī)度(dù)、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也(yě)符合这个(gè)周期的(de)规律(lǜ)。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建立了一(yī)个(gè)几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这里的季节与之前的实(shí)验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物(wù)质(zhì)流的(de)运(yùn)动特征和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的(de)数据支(zhī)持(chí)。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的(de)宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们极(jí)有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是生命进化(huà)的(de)一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这样的(de)效应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前提是(shì)要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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