宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物(wù)质存在的证据(jù)，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理(lǐ)一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现某些(xiē)天体运行轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符(fú)合(hé)万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的(de)天体通过引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星(xīng)的(de)发(fā)现都是应用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是(shì)这些发(fā)现都是在恒星系(xì)统的(de)尺(chǐ)度(dù)当中，可当我(wǒ)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。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家弗里茨(cí)兹(zī)威(wēi)基正在研究和测量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨大(dà)星系团，这些星系(xì)被引力束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团(tuán)的(de)质量一(yī)般会使用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方(fāng)法(fǎ)结果(guǒ)一(yī)致，就可以确(què)定(dìng)其质量的范围。

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

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各(gè)个星系相对于星系团的(de)运动(dòng)速(sù)度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测(cè)量速度的(de)过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的(de)质量(liàng)所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外了(le)，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度(dù)就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随(suí)着(zhe)与中心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸(xī)引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基(jī)于(yú)这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的(de)方(fāng)法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就(jiù)是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的(de)力量进入其(qí)中。

于是科学家们(men)通过(guò)射(shè)电望(wàng)远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中心更远距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转速度(dù)并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学定律。我们(men)的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬(xuán)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行计(jì)算，太阳系的(de)运行速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速(sù)度远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心加(jiā)速度的原因很可(kě)能(néng)就(jiù)是存(cún)在着一(yī)种我们看不(bù)到的物质，是(shì)这些暗(àn)物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系(xì)外(wài)恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估(gū)算(suàn)在星(xī此非彼是什么意思，此 非彼 是什么意思怎么读ng)系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可以解(jiě)释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在(zài)一(yī)项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学(xué)家们(men)发(fā)现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒(héng)星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微(wēi)小差异。另外，天文学家(jiā)还发(fā)现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但(dàn)是(shì)星系当中(zhōng)存在(zài)的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但(dàn)是科学(xué)家们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜对其进(jìn)行了(le)40个(gè)小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正常的物质(zhì)和(hé)力学定(dìng)律来(lái)解释的。那(nà)么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的(de)是(shì)，它(tā)的(de)附近(jìn)没有任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味着在行星系(xì)尺度(dù)中的天体会(huì)沿着它(tā)们的(de)轨道(dào)，按照我们所理解的(de)方式运动。但(dàn)是(shì)上升到(dào)星系(xì)和(hé)星团的(de)尺(chǐ)度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用则是(shì)不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的(de)效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发(fā)现(xiàn)也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质假说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗物质存(cún)在(zài)的其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分(fēn)的普通质量(liàng)都在星系(xì)的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体的(de)相互作(zuò)用就会导致温度的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于(yú)所有这些(xiē)气(qì)体所在的中(zhōng)间区(qū)域(yù)。那么(me)我们通(tōng)过什么(me)来验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢(ne)？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系(xì)本(běn)身(shēn)并不是真的(de)被(bèi)扭曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问题(tí)，而(ér)是(shì)这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之间(jiān)。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力(lì)透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体可(kě)能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星系团观测的(de)时候，发(fā)现它的(de)大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所以(yǐ)最(zuì)好(hǎo)的解(jiě)释方(fāng)法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空此非彼是什么意思，此 非彼 是什么意思怎么读间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红色(sè)的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷(lěng)的(de)区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学家们通过对(duì)前景背(bèi)景(jǐng)分离后的(de)二值图像(xiàng)进(jìn)行(xíng)连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射(shè)的测(cè)量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普(pǔ)通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解释了很多(duō)不同的观测(cè)结(jié)果。而暗物(wù)质(zhì)的(de)本质(zhì)就(jiù)是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何(hé)其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这种粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提(tí)出了数十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要(yào)寻找这些不同的(de)目标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何(hé)实质(zhì)性(xìng)的发现，除了(le)一(yī)个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼(lóu)高的探测器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科(kē)学家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年的数(shù)据(jù)收(shōu)集(jí)，人(rén)们发(fā)现(xiàn)了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一(yī)些科学家认(rèn)为这(zhè)可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直接(jiē)证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年(nián)度(dù)信(xìn)号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河(hé)系进(jìn)行(xíng)移动(dòng)，那么(me)如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样(yàng)的(de)速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时(shí)地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半(bàn)年的时(shí)间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河(hé)系的方(fāng)向(xiàng)是一(yī)致的，而另(lìng)外半年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完(wán)全一致(zhì)，这是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质(zhì)流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最(zuì)慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际(jì)的情(qíng)况中(zhōng)，太(tài)阳系相对(duì)银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不(bù)影响这(zhè)个(gè)理论的(de)有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可(kě)以用(yòng)来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也(yě)符(fú)合这个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科(kē)学家(jiā)们又在南半球建立了一个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之(zhī)前(qián)的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得(dé)到(dào)相同(tóng)的(de)信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常有力的(de)证据(jù)了。但是由于这个实(shí)验(yàn)室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截至目前(qián)还(hái)无(wú)法提(tí)供相应(yīng)的(de)数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪(yí)器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的(de)用途就是探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们(men)只能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)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(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生命(mìng)进化的(de)一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗(àn)物质会(huì)不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落的(de)行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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