宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证据，科学家(jiā)们(men)在过去的(de)几十年(nián)当中进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是(shì)却没(méi)有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律，它(tā)揭示了(le)宇宙中天体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年(nián)来(lái)，当天文(wén)学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符(fú)合万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律的(de)时候，他们(men)就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的(de)天体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万有引力定(dìng)律所取得(dé)重(zhòng)大天文成就的例(lì)子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就开始变得(dé)诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系(xì)所组成的(de)巨大星系(xì)团，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的(de)范(fàn)围。

第一(yī)种是(shì)获(huò)得其"光度学的(de)质(zhì)量"，需要的数据(jù)是(shì)测(cè)量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二(èr)种是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量星系团中的各(gè)个(gè)星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量结(jié)果出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以可见光的(de)形式所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到(dào)足疗买钟出去是睡觉吗，怎么跟宾馆前台说要服务。最(zuì)诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的(de)过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量(liàng)所产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将它们(men)束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力(lì)量在起作用，这种力(lì)量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这(zhè)样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词(cí)才再(zài)一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心越远的恒星在其(qí)轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距离(lí)的(de)增加，恒(héng)星的(de)旋转速(sù)度几乎(hū)保持不变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律，在(zài)星系(xì)当中如果(guǒ)没有足够大的质量来(lái)吸(xī)引它们(men)，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这种现象，科学(xué)家们会使用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的(de)旋转速度(dù)。如果出(chū)现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测量了距离(lí)星(xīng)系中心更远距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度(dù)并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于(yú)银河(hé)系的第(dì)三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可能(néng)就是存在着一种我们看不到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物质的(de)引力效应将(jiāng)星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的(de)研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估算(suàn)在星(xīng)系(xì)当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释(shì)这个现象的(de)原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出(chū)现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系不多，但是星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论上，该星(xīng)系(xì)必须存(cún)在暗物(wù)质，否则就(jiù)会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家(jiā)们使用(yòng)最先进的望远镜对其(qí)进行了40个(gè)小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运动是(shì)可以用正常(cháng)的物质和力足疗买钟出去是睡觉吗，怎么跟宾馆前台说要服务(lì)学定律来(lái)解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该(gāi)星系(xì)的暗(àn)物(wù)质，已经(jīng)被附近的(de)另(lìng)一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的(de)理解(jiě)还不(bù)够全(quán)面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的(de)工作(zuò)方式是不(bù)同的(de)，这意味着(zhe)在(zài)行星系(xì)尺(chǐ)度(dù)中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上(shàng)升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团(tuán)之间的(de)相(xiāng)互(hù)作用，科学(xué)家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结(jié)。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)的其他(tā)的理论证据，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大(dà)部(bù)分的普通质量(liàng)都在星系(xì)的气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就(jiù)会(huì)导(dǎo)致(zhì)温度的急(jí)剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们(men)通过什(shén)么来验证它的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的(de)高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似(shì)乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么(me)问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球上的(de)观测(cè)者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的(de)光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是(shì)超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子(zi)弹星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的(de)解释方法(fǎ)就是当星团(tuán)发生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并(bìng)在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄(qì)今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上留下了(le)各(gè)相同性的(de)微波(bō)辐射。其中红色(sè)的部分表(biǎo)示(shì)温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的(de)温差(chà)只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像(xiàng)进行连(lián)通域提取和(hé)标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的(de)增加(jiā)，一些(xiē)峰(fēng)值的(de)幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值(zhí)，我们(men)需要(yào)的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释(shì)星(xīng)系(xì)当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需(xū)要(yào)的(de)暗物质比例是(shì)一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个简单(dān)的理论(lùn)框架(jià)，就很(hěn)好地(dì)解释了很足疗买钟出去是睡觉吗，怎么跟宾馆前台说要服务多不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们不(bù)参与任何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来(lái)相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们(men)已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒(lì)子所需(xū)要的实验方式(shì)也(yě)不相同。在过去的几十(shí)年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎(hū)不会(huì)与常规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一(yī)个地方，意大利的(de)格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实(shí)验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子(zi)的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称(chēng)观测到(dào)了某(mǒu)种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的(de)第一个直接(jiē)证据。

但(dàn)是为什么(me)暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在(zài)以(yǐ)这(zhè)样的(de)速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太(tài)阳的(de)方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最(zuì)快的(de)时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好(hǎo)达(dá)到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实(shí)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，但是这并不影(yǐng)响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认为(wèi)这可(kě)以用来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他(tā)的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的(de)水分(fēn)、高(gāo)山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个(gè)几乎(hū)相同的(de)实验(yàn)室(shì)，这里的季(jì)节(jié)与之前的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可(kě)以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是(shì)由(yóu)于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无(wú)法提(tí)供相应的数(shù)据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视(shì)场仪器(qì)提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用(yòng)途就是(shì)探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探(tàn)测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子(zi)天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的一个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的(de)证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会意(yì)味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要(yào)先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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