宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在科(kē)学(xué)无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过(guò)去的几十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年(nián)出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的(de)几百年(nián)来，当天文(wén)学家们发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力定律(lǜ)的时(shí)候，他(tā)们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知(zhī)的天体(tǐ)通过(guò)引(yǐn)力在摄动它(tā)的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过天(tiān)王星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用(yòng)万有引力(lì)定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是(shì)在(zài)恒星系统的(de)尺度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星(xīng)系或者是星团的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发(fā)星系团的质量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星系(xì)所组成的巨(jù)大(dà)星系(xì)团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量(liàng)的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度(dù)学(xué)的质量"，需(xū)要的数(shù)据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测(cè)量星系团中的(de)各个星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系(xì)团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的(de)是(shì)，在测(cè)量速度(dù)的(de)过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星(xīng)系(xì)的速度(dù)比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量(liàng)所(suǒ)产生(shēng)的(de)引力是无(wú)法将它们(men)束缚在星(xīng)系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之(zhī)外(wài)了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部(bù)分不(bù)可(kě)见的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特(tè)在观测仙女(nǚ)座星(xīng)系(xì)中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上的运行(xíng)速度(dù)就会越(yuè)慢。但是他(tā)们观测的结果(guǒ)却让人(rén)感到(dào)不可思议。

随着与中心距离(lí)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(wàn)有引力定律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星系当中气(qì)体在(zài)X轴上距离星(xīng)系中心的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异常的(de)结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗(àn)物质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们(men)通过射(shè)电望(wàng)远镜测量了距离星(xīng)系中心更(gèng)远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们的太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银(yín)河系(xì)的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系(xì)正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度(dù)远远大于理(lǐ)论速(sù)度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原(yuán)因很可(kě)能就(jiù)是存在着一种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的(de)引力效(xiào)应(yīng)将星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也(yě)是(shì)从这时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗物质的质(zhì)量(liàng)占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不(bù)是(shì)唯一可(kě)以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了一个(gè)反常(cháng)的星(xīng)系，叫(jiào)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，但是星系当中存(cún)在的恒(héng)星(xīng)数(shù)量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存(cún)在(zài)暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时的详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的(de)是，它的(de)附近没有任何星(xīng)系(xì)存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外(wài)，另一(yī)种可能就是人类对引力的理解还不(bù)够全(quán)面(miàn)，引力(lì)很可(kě)能在(zài)不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会(huì)沿着它们(men)的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系(xì)和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在(zài)星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还引入(rù)了(le)外部场(chǎng)效(xiào)应的概(gài)念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年的规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们(men)需要对现在的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物(wù)质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在(zài)宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物质(zhì)存在(zài)的其(qí)他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成(chéng)，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论(lùn)上，在(zài)碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验证它(tā)的质(zhì)量(liàng)区(qū)域到(dào)底是不是集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可(kě)以明显地看(kàn)到很(hěn)多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大(dà)的(de)形(xíng)变。其实这些星系(xì)本身(shēn)并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了(le)，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和(hé)我(wǒ)们(men)地球上(shàng)的观测者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨(jù)大(dà)的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间(jiān)，暗(àn)物(wù)质则直(zhí)接通过了这个区(qū)域，并(bìng)在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见光(guāng)终于(yú)可(kě)以(yǐ)畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了(le)130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下了各相同(tóng)性(xìng)的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表(biǎo)示(shì)相对较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图(tú)形(xíng)看起来不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是(shì)一(yī)致的(de)。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个(gè)简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地解释了(le)很多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了数十(shí)种的(de)假(jiǎ)想(xiǎng)目(mù)标(biāo)，而要(yào)寻找这些不同的目(mù)标粒子所需(xū)要的实验方(fāng)式也不相同。在过(guò)去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规(guī)物(wù)质相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经进行(xíng)了超过50次(cì)的(de)实验，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的(de)地(dì)学实验(yàn)室，这个(gè)实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器(qì)，一直致力(lì)于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这可(kě)能是人类发现暗物(wù)质的第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕(rào)着银河(hé)系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样(yàng)的(de)速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质(zhì)流，这(zhè)个(gè)过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕(rào)太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的(de)方(fāng)向是一致的，而(ér)另外(wài)半(bàn)年则与之(zhī)相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在(zài)实际的(de)情况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系(xì)的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用来(lái)解(jiě)释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周期(qī)性(xìng)信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他的情况，造成(chéng)这种年度周期(qī)信(xìn)号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的(de)水分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游客(kè)的数量也(yě)符合(hé)这个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立(lì)了(le)一(yī)个几乎相同的实验室，这里的(de)季节(jié)与之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场(chǎng)仪器提(tí)供的视(shì)野是(shì)哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望远镜其(qí)中一(yī)个(gè)关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说(shuō)是生命进(jìn)化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的(de)暗(àn)物质会不会意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正在感受到体内那根东西变大很胀，你的东西还留在我体内通过这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大前(qián)提是要先找(zhǎo)到(dào)暗(àn)物质(zhì)存在的(de)实际证据(jù)。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新的动力！

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