宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在(zài)科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻(xún)找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现任何的(de)有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学(xué)数学原理一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿(dùn)发表(biǎo)了万(wàn)有引力(lì)定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道(dào)出现异(yì)常，不(bù)符合万有(yǒu)引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现(xiàn)了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现(xiàn)都是应(yīng)用万有引(yǐn)力(lì)定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或(huò)者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发星系团的质量(liàng)。这是一个由数(shù)千个星系(xì)所组成(chéng)的(de)巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚在(zài)一起。测量星系团(tuán)的质量一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的(de)光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱红移测量星系团(tuán)中(zhōng)的(de)各个星(xīng)系相对于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测(cè)量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发(fā)座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得(dé)多(duō)，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就(jiù)应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除(chú)非有一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸(xī)光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人(rén)们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的(de)恒(héng)星(xīng)运动。理论上来说，距离(lí)中心(xīn)越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他们(men)观测的(de)结果却让人(rén)感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在(zài)星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足够大的质(zhì)量来吸(xī)引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科(kē)学家(jiā)们会使(shǐ)用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的(de)结(jié)果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距(jù)离(lí)星系中心(xīn)更(gèng)远距(jù)离(lí)的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的第(dì)三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)计算，太(tài)阳系的运行(xíng)速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕银河系(xì)旋转，这个实际(jì)速度远远大于理(lǐ)论速(sù)度(dù)，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种向(xiàng)心加速度的(de)原因很(hěn)可能(néng)就是(shì)存在着一种我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质的引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚集在(zài)了一起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来(lái)越多的研究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还(hái)发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存(cún)在的恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河系的(de)千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该(gāi)星系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否则(zé)就会分(fēn)崩(bēng)离(lí)析。但是(shì)科(kē)学家们使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发(fā)现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的(de)物(wù)质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的(de)另一个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之(zhī)外，另(lìng)一种可能(néng)就是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还(hái)不(bù)够全(quán)面，引力(lì)很可能在(zài)不同(tóng)尺度(dù)空(kōng)间中的工(gōng)作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着(zhe)它(tā)们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作用则是(shì)不同的方(fāng)式。对(duì)于在星系(xì)团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很(hěn)多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在(zài)的(de)其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系团所组(zǔ)成(chéng)，类(lèi)似这(zhè)样的星(xīng)团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体(tǐ)的(de)相互(hù)作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们(men)通过什么来(lái)验证(zhèng)它的(de)质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地(dì)看(kàn)到很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了(le)什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象(xiàng)就(jiù)是引(yǐn)力透(tòu)镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的(de)天体可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹星系(xì)团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大质量区域并不(bù)是在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释(shì)方(fāng)法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被认为是(shì)暗物(wù)质存在(zài)的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示(shì)温度(dù)较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上它(tā)们(men)之间的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们(men)通过对前景背景分(fēn)离后的二值(zhí)图像进(jìn)行连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起来不(bù)应该是这样的，而(ér)随(suí)着(zhe)暗(àn)物(wù)质的(de)增(zēng)加，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测(cè)量(liàng)值，我们(men)需要的暗(àn)物质大约是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星运动所需(xū)要的暗(àn)物质比例(lì)是一(yī)致(zhì)的(de)。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了一个(gè)简单的理论框架，就很(hěn)好地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的(de)电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒(lì)子(zi)的存在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据(jù)。这(zhè)种粒子(zi)到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们(men)已经提出了(le)数(shù)十(shí)种的(de)假想目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也(yě)不相同。在过去(qù)的几十年当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质相互(hù)作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验(yàn)室(shì)，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科学(xué)家(jiā)声称观测到了某种信号(hào)。经(jīng)过(guò)了20多(duō)年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的(de)事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年(nián)当中纵有万般不舍的下一句是什么成语，纵有万般不舍啥意思每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这(zhè)可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的第一个(gè)直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们(men)讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们(men)也在以这样(yàng)的(de)速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕(rào)太(tài)阳(yáng)进行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时(shí)间，地球(qiú)围绕(rào)太阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的(de)方向正(zhèng)好达到完全一致，这(zhè)是(shì)理(lǐ)论上(shàng)地(dì)球穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的(de)时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测到的(de)周期(qī)性信号。当然也可(kě)能有其(qí)他的情况，造成(chéng)这(zhè)种年度周期信号的(de)差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一个(gè)几(jǐ)乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的(de)季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特(tè)征和(hé)第(dì)一个实验室是一样(yàng)的(de)。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的信号(hào)，就(jiù)可(kě)以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的(de)证据(jù)了(le)。但是由于这个实验(yàn)室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至目前(qián)还无(wú)法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜其中一(yī)个关键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费(fèi)米实验室(shì)粒(lì)子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生(shēng)命进化(huà)的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗(àn)物质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在(zài)的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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