宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么(me)？人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在(zài)过去的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲(zhé)学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后(hòu)的(de)几百年(nián)来，当天文学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们(men)就会(huì)知道，周围一(yī)定(dìng)有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并(bìng)且(qiě)发(fā)现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的(de)发(fā)现都是应(yīng)用万有引力定律所取得(dé)重大天文成就的例(lì)子(zi)。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系塑料是不是绝缘体团的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千个星(xīng)系所组成(chéng)的(de)巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用(yòng)到(dào)两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就可以确定(dìng)其质量的(de)范围。

第一种是获得其(qí)"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据(jù)是测量各个星系(xì)的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量的(de)计(jì)算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意(yì)味着(zhe)，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的(de)过程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘(mì)的(de)力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的(de)暗质(zhì)，它(tā)不(bù)发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一(yī)次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们(men)观测(cè)的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用(yòng)一(yī)种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当(dāng)中气(qì)体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的(de)距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异(yì)常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学(xué)定律(lǜ)。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上(shàng)，距离(lí)银(yín)河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系的(de)运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银(yín)河系旋(xuán)转，这个实(shí)际速度(dù)远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物(wù)质的存(cún)在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算(suàn)在(zài)星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在一项新的(de)研究当中(zhōng)，科学家(jiā)们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也(yě)会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在的恒星数量却(què)只有银河系(xì)的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存(cún)在(zài)暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜(jìng)对其(qí)进(jìn)行了40个(gè)小时的详细(xì)测量(liàng)之后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和(hé)力学定(dìng)律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附(fù)近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象的(de)除了暗物质的假说(shuō)之外(wài)，另一种可能就是人类(lèi)对引力(lì)的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿着它们(men)的轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但(dàn)是(shì)上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还(hái)引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年的规(guī)模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现在的物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多(duō)人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据(jù)，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它(tā)们大(dà)部(bù)分的普通质量都在(zài)星系(xì)的(de)气体当中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域到底是不(bù)是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在照(zhào)片中我们可(kě)以(yǐ)明显地看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天(tiān)体和(hé)我们(men)地球(qiú)上的观(guān)测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西(xī)的(de)引力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的(de)天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区域(yù)并不是(shì)在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星(xīng)团发生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通过了(le)这个区域(yù)，并(bìng)在两边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最(zuì)好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其(qí)中红色(sè)的部(bù)分表示(shì)温度较高的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较冷的区域(yù)，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科(kē)学家们通过对(duì)前景背景分(fēn)离后的二值(zhí)图像进行连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质(zhì)比例是(shì)一致(zhì)的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解(jiě)释了很多(duō)不同的观测(cè)结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用(yòng)，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能(néng)够(gòu)找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学(xué)家们已经(jīng)提出了(le)数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要的实验(yàn)方(fāng)式(shì)也(yě)不相同(tóng)。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏(cáng)着地球(qiú)上(shàng)最大(dà)的(de)地学实验(yàn)室(shì)，这(zhè)个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探(tàn)测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质会产生周(zhōu)期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着(zhe)银河系进行移动(dòng)，那(nà)么(me)如(rú)果暗物质存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们(men)也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河(hé)系(xì)的方向是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银(yín)河系的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员(yuán)们所观(guān)测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异(yì)也(yě)可能(néng)是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数(shù)量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在南半球建立了(le)一个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特塑料是不是绝缘体征(zhēng)和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得(dé)到相同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非(fēi)常有(yǒu)力的(de)证据了。但(dàn)是由于(yú)这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前(qián)还无法提供(gōng)相应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视(shì)场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用途(tú)就(jiù)是探索(suǒ)暗(àn)物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目(mù)以待(dài)了(le)。费(fèi)米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要(yào)因素。

如(rú)果这一理论得(dé)到进(jìn)一步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通过这(zhè)样的效应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论(lùn)的大前提(tí)是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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