宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什(shén)么(me)？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家(jiā)们在过去的(de)几(jǐ)十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没(méi)有发现任(rèn)何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的(de)自然哲学(xué)数(shù)学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不符(fú)合(hé)万有引力定律的(de)时候，他们就(jiù)会(huì)知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的(de)天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些发(fā)现(xiàn)都是在(zài)恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或(huò)者(zhě)是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物(wù)理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一(yī)个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结(jié)果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的(de)质(zhì)量"，需要的数据是测量各(gè)个星系(xì)的光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力(lì)学质量(liàng)的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个(gè)星系相对于星(xīng)系(xì)团的(de)运动速度。当测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系(xì)团有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到(dào)。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量速度(dù)的(de)过程中，兹(zī)威基发现星系(xì)团中(zhōng)很(hěn)多星(xīng)系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们(men)束(shù)缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在(zài)起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这样部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大(dà)部(bù)分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不(bù)屑一(yī)顾(gù)。

直(zhí)到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们(men)观测(cè)的结果却让人感到(dào)不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在(zài)星系当(dāng)中如果没(méi)有足(zú)够大(dà)的质(zhì)量来吸引它们(men)，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在(zài)，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳(yáng)系(xì)也不(bù)例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远大(dà)于(yú)理论(lùn)速(sù)度(dù)，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的原因(yīn)很(hěn)可能就是存在(zài)着一种我(wǒ)们看(kàn)不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集(jí)在了一(yī)起。

也(yě)是(shì)从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道(dào)的(de)速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质(zhì)量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外(wài)，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一(yī)个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大(dà)约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和(hé)银河系(xì)不(bù)多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河系的(de)千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科(kē)学家们(men)使用最先(xiān)进的望远镜对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量(liàng)之(zhī)后，发(fā)现星(xīng)系(xì)中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任(rèn)何星系(xì)存(cún)在。造成(chéng)这(zhè)些(xiē)现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就(jiù)是(shì)人类对(duì)引力的(de)理解还不(bù)够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间(jiān)中的(de)工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的(de)天(tiān)体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我们(men)所理解的方(fāng)式运动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不(bù)同的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之(zhī)间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年的(de)规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之(zhī)间(jiān)会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对现在(zài)的物理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些(xiē)发(fā)现也让很多(duō)人认(rèn)为暗(àn)物(wù)质假说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于(yú)暗物(wù)质存在(zài)的其他的理论幸会幸会后面接什么有趣，高情商回复幸会(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的(de)子弹星系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星(xīng)系团(tuán)所组(zǔ)成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大(dà)部分的普通质量(liàng)都在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际气体的(de)相(xiāng)互(hù)作用(yòng)就会导致(zhì)温(wēn)度的急剧升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在(zài)理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我们(men)通过什(shén)么来验证它的(de)质量区域(yù)到(dào)底(dǐ)是(shì)不(bù)是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩的(de)高(gāo)清照片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多(duō)星系(xì)似(shì)乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的(de)形(xíng)变。其实这些星系(xì)本身(shēn)并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也(yě)不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和(hé)我们(men)地球(qiú)上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个质量超级(jí)巨(jù)大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能(néng)是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的(de)大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团(tuán)发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接(jiē)通(tōng)过了这个区(qū)域(yù)，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜研究也被认(rèn)为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除(chú)此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿(yì)年(nián)之后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背景上留(liú)下(xià)了各(gè)相同性(xìng)的微波辐(fú)射。其中红(hóng)色的部(bù)分表示温(wēn)度(dù)较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间(jiān)的(de)温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离后的二(èr)值图像进行连通(tōng)域提(tí)取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗(àn)物质(zhì)的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这(zhè)就(jiù)意味(wèi)着。

用(yòng)了(le)一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释(shì)了(le)很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的(de)粒(lì)子，它们不参与任何其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也不相同。在(zài)过去(qù)的(de)几十年(nián)当(dāng)中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们(men)已经进行了(le)超过50次的实验，却(què)没有任何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一(yī)个地方，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的(de)地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三(sān)层楼高的探(tàn)测(cè)器，一直致力(lì)于(yú)寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观(guān)测到了(le)某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们(men)发现了(le)一个(gè)有趣(qù)的(de)事情。探测率(lǜ)会(huì)在(zài)每(měi)年的6月份达(dá)到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一(yī)些科学家认为这(zhè)可(kě)能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的(de)年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河(hé)系(xì)进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳(yáng)进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快(kuài)的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可以用来解(jiě)释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期信号的(de)差(chà)异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中幸会幸会后面接什么有趣，高情商回复幸会的水分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数量也符(fú)合(hé)这(zhè)个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流(liú)的(de)运动特征和(hé)第一个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非(fēi)常(cháng)有力(lì)的证据(jù)了。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法提供相应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新(xīn)的望(wàng)远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈(hā)勃(bó)红(hóng)外(wài)仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个(gè)关键的用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体物(wù)理中心的(de)科(kē)学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的(de)暗(àn)物质会(huì)不会意(yì)味着人(rén)类并不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这(zhè)样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们(men)，你们(men)觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我更新的(de)动力！

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