宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会(huì)存(cún)在科学无(wú)法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去(qù)的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们发(fā)现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力(lì)定律的(de)时候，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的(de)异(yì)常，推算并且发现了海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是(shì)应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是(shì)这些(xiē)发现(xiàn)都(dōu)是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度(dù)当(dāng)中(zhōng)，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系(xì)团的质量。这是(shì)一个由(yóu)数千个星系所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚在一(yī)起。测量星系(xì)团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致(zhì)，就(jiù)可(kě)以确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光(guāng)度(dù)学的(de)质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星(xīng)系团中的各个星系相(xiāng)对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光(guāng)度(dù)学质(zhì)量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的质量并(bìng)不(bù)以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速(sù)度(dù)的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很(hěn)多星系的速度比理论(lùn)上要快得(dé)多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星(xīng)系的(de)质量(liàng)所产(chǎn)生的引力(lì)是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系(xì)团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作(zuò)用，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

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据此，兹(zī)维(wéi)基提出了(le)这(zhè)样部分(fēn)不(bù)可见的(de)暗质，它(tā)不(bù)发散(sàn)光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是当时的人们(men)对这样(yàng)的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一(yī)次(cì)出现。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们(men)观测(cè)的结果却让(ràng)人(rén)感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有引力定(dìng)律，在星系当中如(rú)果没(méi)有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于(yú)这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是(shì)测量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速(sù)度(dù)。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了(le)距(jù)离星系中心(xīn)更(gèng)远距离(lí)的氢元素(sù)，发(fā)现(xiàn)它们的(de)旋转速度并(bìng)不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速(sù)度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可(kě)能就(jiù)是(shì)存在(zài)着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在(zài)了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算在星(xīng)系当(dāng)中暗物(wù)质的质(zhì)量(liàng)占整个(gè)星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以解释这(zhè)个现象的(de)原因。在一项新的(de)研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个(gè)反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银河系不多(duō)，但(dàn)是星系(xì)当中存在(zài)的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银(yín)河系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，该星(xīng)系必(bì)须存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但(dàn)是科(kē)学(xué)家们使用最先进(jìn)的(de)望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动(dòng)是可以用正(zhèng)常的(de)物质(zhì)和(hé)力学定律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是(shì)，它的附(fù)近(jìn)没有任何星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的假说(shuō)之外，另一(yī)种可(kě)能就(jiù)是(shì)人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可(kě)能在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但是上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的相互(hù)作用则是不同(tóng)的(de)方式。对于(yú)在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作用，科(kē)学家(jiā)还引入(rù)了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们(men)需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现也让很多人认为(wèi)暗物(wù)质假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗(àn)物质存在(zài)的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类(lèi)似这样的星团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质量都(dōu)在(zài)星系(xì)的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急(jí)剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质量将位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区域。那么(me)我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域到(dào)底是不是(shì)集中(zhōng)在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在照片中我们(men)可(kě)以明(míng)显地(dì)看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的(de)观测(cè)者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西(xī)的引(yǐn)力，会使(shǐ)身(shēn)后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力(lì)透镜效应。这个巨大(dà)的天体可(kě)能是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子(zi)弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区域并不是(shì)在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就是(shì)当星团发(fā)生全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色(sè)的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的(de)温差(chà)只有万分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对(duì)前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图像进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物(wù)质(zhì)的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的(de)测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星系(xì)当中恒(héng)星运动(dòng)所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在的(de)实际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不同的目标(biāo)粒子(zi)所需要的(de)实验方式也(yě)不相(xiāng)同(tóng)。在过去的(de)几十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常规物质相互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科(kē)学家们已(yǐ)经进(jìn)行了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地(dì)学(xué)实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数据收集(jí)，人(rén)们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率会在每年(nián)的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年(nián)都(dōu)是(shì)一样。一(yī)些科(kē)学家认为这可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时(shí)间，地(dì)球(qiú)围(wéi)绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快的时(shí)段(duàn)。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况中，太阳系相对银(yín)河系(xì)的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上(shàng)的(de)积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数量也(yě)符(fú)合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立(lì)了一(yī)个(gè)几乎相同的(de)实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这(zhè)里，地(dì)球(qiú)穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征和第一个实(shí)验(yàn)室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所存在的(de)非常有力(lì)的证据了。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目前还无(wú)法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场仪器(qì)提供的视(shì)野是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中(zhōng)心的(de)科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极(jí)有可能(néng)拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的(de)一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这(zhè)一(yī)理论得(dé)到进一步的(de)证实，那(nà)么遍(biàn)布(bù)宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物质会不会意(yì)味(wèi)着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的(de)大(dà)前提是要(yào)先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更(gèng)新的(de)动力(lì)！

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