宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的(de)证据，科学(xué)家们在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的规律(lǜ)。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天(tiān)文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时(shí)候，他们(men)就会(huì)知(zhī)道，周(zhōu)围一(yī)定有未知的天体通过引力在(zài)摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并(bìng)且发(fā)现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应用万有引力(lì)定(dìng)律(l10克是几两ǜ)所取得重大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一般会(huì)使用到两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第二(èr)种是动力(lì)学质(zhì)量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座(zuò)星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存在(zài)，我们(men)无(wú)法看到。最诡异(yì)的是，在测(cè)量速度的(de)过程中，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)很多星(xīng)系(xì)的(de)速(sù)度比理论(lùn)上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系(xì)的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星系团内的(de)，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出(chū)星系(xì)团(tuán)之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物(wù)质。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部(bù)分不可(kě)见的暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部(bù)分的质(zhì)量。只是(shì)当时的人们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词(cí)才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距(jù)离中心越远的(de)恒星在其轨(guǐ)道上的(de)运行(xíng)速度(dù)就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们(men)观测的结(jié)果(guǒ)却让人感到(dào)不可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的10克是几两增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的(de)质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了(le)。基(jī)于这种(zhǒng)现(xiàn)象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为(wèi)是由(yóu)暗(àn)物(wù)质的力量进入其(qí)中。

于是科学家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜测量了距(jù)离星系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们(men)的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的(de)运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这(zhè)个实(shí)际速度远远大于理(lǐ)论速(sù)度(dù)，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度的原因很(hěn)可(kě)能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的(de)存(cún)在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在星系当(dāng)中暗物(wù)质的质(zhì)量占整个星系(xì)质量的(de)85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在一(yī)项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会出(chū)现速(sù)度(dù)上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数(shù)量却只有(yǒu)银河系的千分(fēn)之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来(lái)解释的(de)。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象的(de)除了暗物质的假说(shuō)之外，另(lìng)一(yī)种可能就是人类对(duì)引力的理解还不够全(quán)面(miàn)，引(yǐn)力很可能(néng)在不(bù)同尺度空(kōng)间中(zhōng)的(de)工作方式是不(bù)同的，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天体会沿着(zhe)它们(men)的(de)轨道，按(àn)照我(wǒ)们(men)所(suǒ)理(lǐ)解的(de)方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的(de)相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入(rù)了外部场效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万(wàn)光(guāng)年的(de)规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意味着我们需(xū)要对现在的物(wù)理定律进行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的(de)理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的(de)急(jí)剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞10克是几两之后，子弹星系团大部(bù)分的(de)质(zhì)量将(jiāng)位于所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区(qū)域。那么我们通过(guò)什么来验证它的(de)质量(liàng)区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的天(tiān)体和我们(men)地球(qiú)上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个(gè)巨(jù)大(dà)的天体(tǐ)可能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区域并(bìng)不是在(zài)中间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的解(jiě)释方法就是当星团发(fā)生全(quán)部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到(dào)的(de)质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的(de)引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)研(yán)究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年(nián)之后，可(kě)见光终于可(kě)以(yǐ)畅(chàng)通(tōng)无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了(le)各相同性的(de)微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色(sè)的部(bù)分表(biǎo)示温度较高的(de)区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过(guò)对(duì)前景背景分离后的(de)二值图像进行连通域(yù)提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系当中(zhōng)恒(héng)星(xīng)运动所需要的(de)暗物(wù)质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很(hěn)多不(bù)同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何(hé)其他(tā)的电磁作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到(dào)这(zhè)种粒子的存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒(lì)子到(dào)底是什(shén)么？科学家们已经提出(chū)了(le)数十种的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的(de)目(mù)标粒子所需要(yào)的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发(fā)现(xiàn)，除(chú)了一个(gè)地方，意大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的(de)探(tàn)测器(qì)，一(yī)直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科(kē)学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的数(shù)据收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的事(shì)情。探测率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在11月(yuè)降到(dào)最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每年(nián)都是一样(yàng)。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物(wù)质的第一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物(wù)质会产生周期性的年(nián)度(dù)信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的(de)速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生(shēng)相(xiāng)应的(de)振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是(shì)一(yī)致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是(shì)理论上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不(bù)影(yǐng)响这个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的情况，造成(chéng)这种年度周期信(xìn)号(hào)的差异(yì)也(yě)可能是(shì)温度(dù)、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的(de)积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了(le)一个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的(de)季(jì)节与之前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动特征和(hé)第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到(dào)相同的信号(hào)，就可以成(chéng)为暗(àn)物质(zhì)所存在的(de)非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不(bù)久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用(yòng)途(tú)就(jiù)是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭(shì)目(mù)以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物(wù)理中心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和(hé)贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化(huà)的一个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理(lǐ)论得(dé)到(dào)进一步的(de)证(zhèng)实(shí)，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上(shàng)，暗(àn)物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提(tí)是要先找到暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更新(xīn)的动力！

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