宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲(zhé)学数(shù)学(xué)原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃(āi)萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，它(tā)揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当天文学家们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通(tōng)过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海王星的(de)存(cún)在。另(lìng)外(wài)，哈(hā)雷彗(huì)星、冥(míng)王星的(de)发现都是(shì)应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大(dà)天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是这些发现都(dōu)是(shì)在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我们上升到(dào)星系或者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发(fā)星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般(bān)会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确(què)定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数据(jù)是测量(liàng)各个星系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星(xīng)系相对于(yú)星(xīng)系团(tuán)的运动速(sù)度。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学(xué)质(zhì)量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的(de)质量并(bìng)不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡异(yì)的(de)是，在测量速(sù)度(dù)的过程中，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度(dù)比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚在(zài)星系(xì)团内的(de)，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部(bù)分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的(de)人们对这(zhè)样的一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次(cì)出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯(kěn)特(tè)福特(tè)在观测(cè)仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度(dù)就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测(cè)的结果却(què)让人感到不可思(sī)议(yì)。

随着与中心距离的(de)增加(jiā)，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学(xué)家们(men)会使用(yòng)一种相对(duì)标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度。如(rú)果出(chū)现异常的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)测量了(le)距(jù)离星系中心更远距离(lí)的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们(men)的太(tài)阳系也(yě)不(bù)例(lì)外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引(yǐn)力定律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的(de)运行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速(sù)度(dù)远远大于说女生坐摇摇车是什么意思，摇摇车的意思污理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是存在着(zhe)一种我们(men)看不到的(de)物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来(lái)越多的研究人员开始相信暗(àn)物(wù)质的存(cún)在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度(dù)，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗物质(zhì)的(de)质量占整个(gè)星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释(shì)这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在(zài)一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力(lì)效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也(yě)会出现速度(dù)上的微小差异(yì)。另外，天文(wén)学(xué)家还发(fā)现了一(yī)个反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，该(gāi)星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩(bēng)离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行(xíng)了40个小时的(de)详细(xì)测量(liàng)之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用正常的(de)物质和(hé)力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人(rén)提(tí)出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另(lìng)一个(gè)大星(xīng)系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附(fù)近(jìn)没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这些现象的除(chú)了(le)暗物(wù)质的(de)假说之外(wài)，另一种可能就(jiù)是人(rén)类对引力的(de)理(lǐ)解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的(de)，这意味着在行星(xīng)系(xì)尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的(de)方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星(xīng)系团之间(jiān)的(de)相互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概(gài)念，指的是在(zài)数百万光年(nián)的规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意(yì)味着我们(men)需要对现(xiàn)在的物(wù)理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发现也让很多(duō)人认为(wèi)暗(àn)物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个(gè)碰撞的(de)星系团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的星团，它们(men)大部分的(de)普(pǔ)通(tōng)质量都在星系(xì)的气(qì)体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体(tǐ)的(de)相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅降(jiàng)低(dī)。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来(lái)验证它的质量区(qū)域到(dào)底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙当中第(dì)一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在(zài)照片中我们可(kě)以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦(wéi)伯(bó)望(wàng)远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区(qū)域并不是在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法就是(shì)当星(xīng)团发生(shēng)全(quán)部(bù)的碰(pèng)撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质量气(qì)体被卡在(zài)了(le)中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引力(lì)透镜研究也(yě)被认为(wèi)是暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的迄今为止最好的(de)理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有(yǒu)来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通无(wú)阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的(de)区域(yù)，但实际上它们之间(jiān)的温(wēn)差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通域提(tí)取和标记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测(cè)量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系(xì)当(dāng)中恒星运动(dòng)所需要(yào)的暗(àn)物质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意(yì)味着(zhe)。

用了(le)一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的(de)本质就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是(shì)什(shén)么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子(zi)所需(xū)要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为(wèi)了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意(yì)大利的(de)格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年(nián)以(yǐ)来，这(zhè)里(lǐ)的科(kē)学家声称观测(cè)到(dào)了某种信号。经过(guò)了20多年(nián)的数(shù)据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当(dāng)中每(měi)年都是一(yī)样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河(hé)系进(jìn)行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球围绕太(tài)阳的(de)方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而(ér)在(zài)6月(yuè)份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方(fāng)向正好达到(dào)完全一致，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的时段。而在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又恰(qià)好达(dá)到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了(le)60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性。

因此科学(xué)家认(rèn)为这可(kě)以用来解释，研究(jiū)人员们(men)所观测到的(de)周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其他的(de)情况，造成这种年度周期(qī)信号的差异(yì)也(yě)可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游客的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球(qiú)建立(lì)了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而(ér)在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和(hé)第一个实验室是一样(yàng)的(de)。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得到相同(tóng)的(de)信号(hào)，就可以成为暗物质所存(cún)在(zài)的(de)非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还无法提(tí)供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的(de)用途就是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的(de)结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它们(men)极有可能(néng)拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步(bù)的(de)证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会意味着(zhe)人类(lèi)并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样的效(xiào)应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推论的(de)大前提(tí)是(shì)要先找到暗(àn)物(wù)质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的(de)动力(lì)！

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