宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证据，科学(xué)家们在(zài)过去(qù)的几(jǐ)十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却(què)没有(yǒu)发现任何的(de)有效证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天(tiān)文学(xué)家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了(le)海王(wáng)星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应(yīng)用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得(dé)重大(dà)天文(wén)成就的例子(zi)。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发星系团的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星系所组成的(de)巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的(de)质量"，需要(yào)的数据(jù)是(shì)测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测(cè)量星系团中的各个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速度的过(guò)程(chéng)中，兹(zī)威基发(fā)现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们(men)早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力(lì)量在起作用，这种力量来源于(yú)某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词(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女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运行速度(dù)就会越慢。但是(shì)他们观测的结(jié)果却让人(rén)感到不可(kě)思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒(héng)星的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持(chí)不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的(de)万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大(dà)的质量来(lái)吸引(yǐn)它们(men)，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被(bèi)甩(shuǎi)到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释(shì)暗物质(zhì)的(de)存(cún)在，这种方(fāng)法就是测量星系(xì)当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的(de)结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星(xīng)系中心更(gèng)远距(jù)离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的(de)运行速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大(dà)于(yú)理论速度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种向心加速度的原因(yīn)很可能(néng)就是存在(zài)着一种(zhǒng)我(wǒ)们看(kàn)不到的(de)物(wù)质，是这些(xiē)暗(àn)物(wù)质的(de)引力效应将星系(xì)聚集在(zài)了(le)一起。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来(lái)越多(duō)的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物质的存(cún)在。科(kē)学家(jiā)根据星(xīng)系(xì)外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯(wéi)一(yī)可(kě)以解释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在(zài)一项新的研究当中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qi方差分析英文缩写，方差分析英文翻译ú)大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数(shù)量却只(zhǐ)有银河系的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们(men)使用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发(fā)现(xiàn)星系中的(de)恒(héng)星(xīng)运(yùn)动是(shì)可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质(zhì)和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星(xīng)系的(de)暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另(lìng)一(yī)种(zhǒng)可能就是人(rén)类(lèi)对引力的理(lǐ)解还(hái)不(bù)够全(quán)面，引(yǐn)力很(hěn)可能(néng)在不同尺度空间中的工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的(de)方式(shì)运动。但是上(shàng)升(shēng)到(dào)星(xīng)系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不(bù)同(tóng)的方式。对(duì)于在星(xīng)系(xì)团之间的相互作用，科学家还(hái)引入了(le)外部(bù)场效应(yīng)的(de)概(gài)念(niàn)，指的(de)是在数百万光(guāng)年的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之间会(huì)产生(shēng)对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们(men)需要(yào)对(duì)现在的物理定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存(cún)在的其(qí)他的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们(men)大部分的普通质量都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在(zài)的中间(jiān)区域(yù)。那么(me)我(wǒ)们通过什么来验证它的(de)质(zhì)量区域到(dào)底是(shì)不是集中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们(men)可(kě)以明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了(le)什么问题(tí)，而(ér)是(shì)这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系(xì)的(de)光(guāng)都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大(dà)的天体可(kě)能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观(guān)测的时(shí)候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的(de)质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了(le)这个(gè)区域，并在两边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引力透镜研(yán)究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存在(zài)的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当(dāng)中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对较冷(lěng)的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二(èr)值图像(xiàng)进(jìn)行连通域(yù)提取和(hé)标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射(shè)的(de)测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字(zì)与解释星(xīng)系当(dāng)中恒星运(yùn)动所需要(yào)的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了(le)一个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒子，它们(men)不(bù)参与任何(hé)其他的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的(de)实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在(zài)过(guò)去的(de)几十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物(wù)质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已经(jīng)进行了超过50次的实(shí)验，却没有任(rèn)何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地(dì)下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的地学(xué)实验(yàn)室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼高的(de)探测器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物(wù)质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科(kē)学家声称观测到(dào)了(le)某种信(xìn)号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月(yuè)份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是一样。一些(xiē)科(kē)学家认(rèn)为这(zhè)可能是(shì)人类发现暗(àn)物(wù)质的第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗(àn)物(wù)质会产生(shēng)周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质(zhì)流，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生(shēng)相(xiāng)应的(de)振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环(huán)绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时(shí)候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这(zhè)是(shì)理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最(zuì)快(kuài)的(de)时段(duàn)。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家认为(wèi)这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员们(men)所观测到的周期性信号。当然也可(kě)能有其他(tā)的情况，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期(qī)信(xìn)号的差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利(lì)游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎(hū)相同的(de)实验(yàn)室，这里(lǐ)的季(jì)节与(yǔ)之(zhī)前的实(shí)验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至(zhì)目前(qián)还(hái)无(wú)法提供相应的(de)数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫(jiào)做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的(de)结(jié)果，我们只能拭(shì)目(mù)以待了。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质存在，它(tā)们(men)极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神(shén)秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是(shì)生(shēng)命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质(zhì)会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这样的(de)效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论的(de)大前提是(shì)要先找到暗物质存(cún)在(zài)的(de)实际证(zhèng)据。那(nà)么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动力！

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