宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释(shì)的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存(cún)在的(de)证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行(xíng)了(le)超过(guò)50次的(de)长(zhǎng)期实验(yàn)，但(dàn)是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数学(xué)原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示(shì)了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当(dāng)天(tiān)文学(xué)家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道(dào)的(de)异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得(dé)重大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研(yán)究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质量。这是(shì)一个(gè)由(yóu)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(zhì)量一般(bān)会使(shǐ)用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要的数据是测量(liàng)各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力(lì)学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动(dòng)速(sù)度。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然(rán)是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并(bìng)不(bù)以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很(hěn)多星系(xì)的(de)速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的(de)质量所产(chǎn)生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系(xì)团之(zhī)外了，除(chú)非(fēi)有一(yī)种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力(lì)量来源于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了(le)这样部分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们(men)对这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现(xiàn)。天文(wén)学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们(men)观(guān)测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保(bǎo)持(chí)不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量来吸(xī)引它们(men)，这些外围的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对(duì)标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的(de)存(cún)在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们(men)通过射(shè)电(diàn)望远镜测(cè)量了距离星系中心更(gèng)远距(jù)离(lí)的氢元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速(sù)度(dù)并不符(fú)合牛顿的力(lì)学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这个实际速(sù)度远远大于(yú)理论速度，那么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是(shì)存在着一种我(wǒ)们看不(bù)到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将星(xīng)系(xì)聚(jù)集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗(àn)物(wù)质的存(cún)在(zài)。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估算在星系当中暗(àn)物质的(de)质(zhì)量占整个星(xīng)系质(zhì)量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯(wéi)一可(kě)以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研(yán)究当(dāng)中，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出(chū)现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发(fā)现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但是星系(xì)当中存在的(de)恒星数(shù)量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则(zé)就会(huì)分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的物质和(hé)力(lì)学定律来(lái)解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一(yī)个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是(shì)人(rén)类对(duì)引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星(xīng)系(xì)尺(chǐ)度中的(de)天(tiān)体会沿着它(tā)们的(de)轨道，按照我们(men)所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系(xì)和(hé)星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间(乡字用五笔怎么打出来，乡字五笔怎么打法jiān)的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入(rù)了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团(tuán)所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星系(xì)的(de)气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量(liàng)将位于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们(men)通过(guò)什么(me)来(lái)验证它的质量区域到底是不(bù)是(shì)集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系(xì)本身并(bìng)不(bù)是真的(de)被(bèi)扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的(de)天体和我们(men)地球(qiú)上(shàng)的观测者之间(jiān)。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星(xīng)系(xì)团观测的时候，发现它的(de)大质量区(qū)域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到(dào)的(de)质量气(qì)体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于可(kě)以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多(duō)亿(yì)年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性(xìng)的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色(sè)的部(bù)分表示(shì)温度较高的(de)区域，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但实(shí)际上它们之间(jiān)的温差只有(yǒu)万(wàn)分(fēn)之(zhī)一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取和(hé)标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这(zhè)样(yàng)的(de)，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测量值，我们(men)需要(yào)的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质(zhì)的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的(de)暗物质(zhì)比例是一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地(dì)解释了(le)很多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不(bù)参与任何其(qí)他的(de)电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作用。所以如(rú)果能够(gòu)找到这种粒子(zi)的存在(zài)，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家(jiā)们已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实(shí)验方(fāng)式(shì)也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸不(bù)到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规(guī)物(wù)质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经进行了超过50次的乡字用五笔怎么打出来，乡字五笔怎么打法实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意(yì)大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学实(shí)验(yàn)室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的(de)探测器，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的(de)数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是(shì)一样。一些科学家认为这可(kě)能(néng)是人(rén)类发现暗物(wù)质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会产生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么(me)如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们(men)也在以这样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应的(de)振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太(tài)阳的(de)方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地(dì)球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最(zuì)快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳(yáng)系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可(kě)以用(yòng)来解(jiě)释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能(néng)有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的(de)差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也(yě)符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建(jiàn)立了(le)一(yī)个几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流的运动特(tè)征和第一(yī)个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常有力(lì)的(de)证据(jù)了(le)。但是由于这(zhè)个实(shí)验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至目前还无(wú)法提供相应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提(tí)供的视野是哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关键的(de)用途就是探索暗物(wù)质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的(de)一个重要因素。

如(rú)果这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步的(de)证实，那么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物(wù)质会不会意味着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在(zài)通过这样的效(xiào)应创造(zào)生命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动(dòng)力！

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