宇宙是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法解释(shì)的(de)“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过(guò)去的几十年当中进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任何(hé)的有效(xiào)证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然(rán)哲学数学原理(lǐ)一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道(dào)出(chū)现异常，不符合万有引力(lì)定律的时候(hòu)，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一定(dìng)有未知的天(tiān)体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它(tā)的轨(guǐ)道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海王(wáng)星(xīng)的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文(wén)成就的(de)例子(zi)。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究(jiū)和测(cè)量(liàng)后发星系团的(de)质(zhì)量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星(xīng)系(xì)的光度。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力(lì)学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见光的形式所(suǒ)存在，我们(men)无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星(xīng)系(xì)的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的质量所产(chǎn)生(shēng)的(de)引力是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们早就应该被抛出星系(xì)团之(zhī)外了(le)，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的(de)力量(liàng)在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的(de)人们对这样的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词(cí)才再一次出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在观(guān)测(cè)仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在(zài)其轨(guǐ)道上的运行速度(dù)就会(huì)越慢。但是他(tā)们(men)观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速(sù)度几乎(hū)保持不(bù)变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够(gòu)大的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这(zhè)种现象，科(kē)学家(jiā)们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的(de)方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量星系(xì)当中气体在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速(sù)度(dù)。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们(men)通过射电(diàn)望(wàng)远(yuǎn)镜测(cè)量了(le)距离星系(xì)中心更(gèng)远距离(lí)的氢元素，发现它们(men)的(de)旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加速度(dù)的(de)原因(yīn)很可能(néng)就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科(kē)学(xué)家根据(jù)星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量(liàng)占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新的(de)研究(jiū)当中(zhōng)，科学家(jiā)们(men)发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存(cún)在的(de)恒星(xīng)数(shù)量却只有银(yín)河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗(àn)物质，否则就会分崩离(lí)析。但是(shì)科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质(zhì)和力学(xué)定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经被附(fù)近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了(le)暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全(quán)面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在(zài)星系(xì)团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概(gài)念(niàn)，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生(shēng)对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在(zài)的物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物(wù)质存在的其他的(de)理论证(zhèng)据(jù)，这些理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它(tā)们大部分的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰(pèng)撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部(bù)分的质量将位于所有这些气体所在(zài)的中间(jiān)区域。那么我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的(de)质量区(qū)域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的(de)观测者(zhě)之间(ji大学几乎都开过房，大学谈恋爱的都开过房吗ān)。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的(de)天体可能(néng)是(shì)超大质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星系团观测(cè)的(de)时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在(zài)中(zhōng)间，而是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当星团发(fā)生(shēng)全部的(de)碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到(dào)的质量气(qì)体(tǐ)被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物(wù)质(zhì)则直(zhí)接通过了这个区域，并在(zài)两边形成(chéng)了(le)引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系(xì)团(tuán)的(de)引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中红色的部(bù)分表示(shì)温度较(jiào)高的(de)区域(yù)，蓝(lán)色则(zé)表示相对(duì)较冷(lěng)的区(qū)域，但(dàn)实际上它们(men)之间的温(wēn)差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连(lián)通(tōng)域提取和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起来(lái)不(bù)应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型(xíng)的粒(lì)子(zi)，它们(men)不参与任(rèn)何其(qí)他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存在的实际(jì)证(zhèng)据。这种粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家们(men)已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所需要(yào)的实验方式也不相同(tóng)。在过去的(de)几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常规(guī)物(wù)质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学大学几乎都开过房，大学谈恋爱的都开过房吗家们(men)已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有任(rèn)何实质性的发现，除(chú)了一个(gè)地方，意大(dà)利(lì)的(de)格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最(zuì)大(dà)的地学(xué)实验室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子(zi)的(de)周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来(lái)，这里的(de)科学家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据(jù)收(shōu)集(jí)，人们(men)发现了一个(gè)有趣(qù)的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在(zài)11月(yuè)降(jiàng)到最低(dī)，而(ér)且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是(shì)人(rén)类(lèi)发现(xiàn)暗(àn)物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生周期性的(de)年(nián)度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们也在以这样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的方向是一致(zhì)的(de)，而(ér)另外半年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到完(wán)全一(yī)致，这是理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物(wù)质(zhì)流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用(yòng)来解释，研究人员们(men)所观测(cè)到的周期(qī)性信号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信号的差(chà)异也(yě)可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游(yóu)客的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正好相(xiāng)反(fǎn)，而(ér)在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运动特(tè)征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在(zài)这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非(fēi)常(cháng)有力的证(zhè大学几乎都开过房，大学谈恋爱的都开过房吗ng)据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关(guān)键的(de)用(yòng)途就是探索暗物质背后的(de)奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心(xīn)的(de)科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极(jí)有(yǒu)可能(néng)拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要(yào)因素。

如果这(zhè)一(yī)理(lǐ)论(lùn)得到进(jìn)一步的(de)证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这样的效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大前(qián)提是要先找到(dào)暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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