宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在(zài)科学(xué)无法(fǎ)解释(shì)的(de)“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行了(le)超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表(biǎo)了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后(hòu)的几(jǐ)百年(nián)来，当天文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符(fú)合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知道(dào)，周围一(yī)定有(yǒu)未(wèi)知(zhī)的天体通(tōng)过(guò)引力(lì)在摄(shè)动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存(cún)在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是(shì)应用万(wàn)有引力定律所取得重(zhòng72小时是几天，72小时是几天几夜)大天文成就的例(lì)子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的(de)尺度当中，可(kě)当我们上升(shēng)到星(xīng)系或者是星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在(zài)研究和测量后(hòu)发(fā)星系团(tuán)的(de)质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千(qiān)个星系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确(què)定其质量的范围(wéi)。

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

第二种(zhǒng)是动力(lì)学质量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移(yí)测量星系(xì)团中的各个(gè)星(xīng)系相对于星(xīng)系团的(de)运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了(le)，“动力学(xué)质(zhì)量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的(de)质量消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基(jī)发现星系团中很多星(xīng)系的(de)速度比理(lǐ)论(lùn)上(shàng)要快得(dé)多，按(àn)照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系(xì)的质(zhì)量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力(lì)量在起作用(yòng)，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说法(fǎ)不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速度就会(huì)越(yuè)慢(màn)。但是他们(men)观测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种现象，科学(xué)家们会使用72小时是几天，72小时是几天几夜一种相对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科(kē)学家(jiā)们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转速度(dù)并(bìng)不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律。我们的(de)太(tài)阳系也不(bù)例(lì)外(wài)，太阳(yáng)系位于银河(hé)系(xì)的(de)第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行(xíng)计(jì)算，太阳系的运行速(sù)度应(yīng)该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系(xì)旋(xuán)转，这个实际速度(dù)远远大于理论速度(dù)，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是(shì)存(cún)在着一种(zhǒng)我(wǒ)们(men)看不到(dào)的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系聚(jù)集在(zài)了(le)一起(qǐ)。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一(yī)项新的研究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物(wù)质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的(de)望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量之后，发现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是(shì)可以用(yòng)正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的(de)。那(nà)么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存(cún)在。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类(lèi)对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作方式是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系(xì)尺度(dù)中(zhōng)的天体会(huì)沿着它(tā)们的轨道(dào)，按(àn)照我们所(suǒ)理解(jiě)的(de)方式运动(dòng)。但是上升到星系和星(xīng)团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用(yòng)则是不(bù)同的方式。对于在星系(xì)团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大(dà)的(de)质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意味着(zhe)我们(men)需要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的(de)其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德(dé)理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它们大部分的(de)普通质量都在星(xīng)系的(de)气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体的(de)相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于(yú)所有(yǒu)这些气(qì)体所在的中间区域。那么(me)我们通过什么来验证它的质量区域(yù)到底是不(bù)是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其(qí)实这些星系本身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是(shì)引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体可能是(shì)超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹星(xīng)系团观测的(de)时候(hòu)，发现它的大质量区域并(bìng)不(bù)是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到(dào)的(de)质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质(zhì)存在(zài)的(de)迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留下了各(gè)相同性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较(jiào)冷(lěng)的区(qū)域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和标记(jì)之后发(fā)现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会(huì)减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射(shè)的测量值，我们需要(yào)的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解(jiě)释(shì)星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的(de)粒子，它们不(bù)参(cān)与任何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么(me)？科学家们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方式也不(bù)相同。在(zài)过去的(de)几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科(kē)学家们(men)已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的(de)地下(xià)矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验室，这个(gè)实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的(de)科学家声(shēng)称观测(cè)到了(le)某种(zhǒng)信号(hào)。经过(guò)了20多(duō)年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中(zhōng)每年都是(shì)一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第(dì)一个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会产生(shēng)周期性的年(nián)度信(xìn)号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的(de)速度围绕(rào)着银(yín)河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们(men)也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地(dì)球(qiú)围绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向(xiàng)是一(yī)致的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全(quán)一致(zhì)，这是理论(lùn)上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中，太(tài)阳系相(xiāng)对(duì)银(yín)河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是(shì)这(zhè)并(bìng)不影响(xiǎng)这(zhè)个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家(jiā)认为这可以用来解释，研(yán)究人员们所观测到(dào)的(de)周期性信(xìn)号。当然也(yě)可能(néng)有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差异也可能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数(shù)量也符合这个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们(men)又(yòu)在南半球(qiú)建立了一(yī)个几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的(de)实验室，这里的季节与之(zhī)前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特(tè)征和第一个实验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力(lì)的证据了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前(qián)还无(wú)法(fǎ)提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃(bó)红外(wài)仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的(de)奥(ào)秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研究发(fā)现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们(men)极有可能(néng)拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会(huì)支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进(jìn)一步的证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会(huì)意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通过这(zhè)样的效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这些推论的(de)大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的(de)实(shí)际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动力！

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