宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在(zài)科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗(àn)物质(zhì)又(yòu)究竟是什么(me)？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期(qī)实(shí)验，但是(shì)却(què)没有发现任何的(de)有效证据(jù)。除(chú)了(le)一(yī)个(gè)地方(fāng)，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的(de)几百年(琪琪格蒙语什么意思nián)来，当天文学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不(bù)符(fú)合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围(wéi)一定(dìng)有(yǒu)未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通(tōng)过天(tiān)王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是(shì)应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文成就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事(shì)情就(jiù)开始变(biàn)得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基正在(zài)研究和(hé)测(cè)量(liàng)后(hòu)发星系团(tuán)的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引(yǐn)力(lì)束(shù)缚(fù)在一(yī)起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第(dì)一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的(de)数据是测量各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学(xué)质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系(xì)团(tuán)中的各(gè)个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的(de)质量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们(men)无法(fǎ)看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系团(tuán)中很多(duō)星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无(wú)法将它(tā)们束缚(fù)在(zài)星(xīng)系团(tuán)内的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们(men)却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只是(shì)当时的人(rén)们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次(cì)出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但是他们观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒(héng)星的旋转速(sù)度(dù)几乎(hū)保持不变。可(kě)是(shì)根据牛(niú)顿的(de)万(wàn)有引力定(dìng)律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的(de)方法来解(jiě)释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系(xì)中(zhōng)心(xīn)的距离(lí)，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测(cè)量了距离(lí)星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位(wèi)于(yú)银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论(lùn)速(sù)度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度(dù)的(de)原因很可(kě)能就是存在着一种(zhǒng)我们(men)看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力(lì)效应(yīng)将星(xīng)系(xì)聚(jù)集在(zài)了一(yī)起。

也是从这时开始，越(yuè)来(lái)越(yuè)多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算(suàn)在(zài)星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研(yán)究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应(yīng)的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微(wēi)小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是(shì)星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析(xī)。但是(shì)科学家们(men)使用(yòng)最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是可(kě)以用正常的物(wù)质和力学(xué)定律(lǜ)来(lái)解释的(de)。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是(shì)人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中(zhōng)的(de)天体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们(men)所理(lǐ)解(jiě)的方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相互(hù)作(zuò)用则是(shì)不(bù)同的方(fāng)式(shì)。对于(yú)在星(xīng)系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间会产生对(duì)彼此特殊的(de)效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对现在(zài)的物(wù)理定(dìng)律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多人(rén)认为暗物质假说理论就(jiù)此(cǐ)终(zhōng)结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其(qí)他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类似(shì)这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的(de)相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度(dù)大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体所在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么来验证(zhèng)它的质量区域(yù)到底是不是(shì)集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星(xīng)系(xì)似(shì)乎(hū)被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变。其实这些(xiē)星(xīng)系(xì)本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和(hé)我们(men)地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量的(de)东西(xī)的引力(lì)，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天体可能是(shì)超大质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域并不是在(zài)中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是当星团发(fā)生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了(le)引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。经(jīng)过了130多(duō)亿年(nián)之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空(kōng)间背(bèi)景上(shàng)留下了(le)各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示(shì)温(wēn)度较高的(de)区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们通过对前(qián)景(jǐng)背(bèi)景分离后的二(èr)值图(tú)像进行(xíng)连通域(yù)提(tí)取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星(xīng)系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了(le)很多不同(tóng)的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着(zhe)某种类(lèi)型(xíng)的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互(hù)作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出了数十(shí)种的假想目(mù)标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)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(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规(guī)物质(zhì)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，却没有任何(hé)实质(zhì)性(xìng)的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上最大的地学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一(yī)直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测(cè)到了(le)某种信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发(fā)现了一个有趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一(yī)些科学(xué)家认为(wèi)这可能(néng)是人(rén)类发(fā)现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会(huì)产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的(de)方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全(quán)一致，这是理论上地(dì)球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的(de)周(zhōu)期性信号(hào)。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号(hào)的(de)差异也可能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半球建立了(le)一(yī)个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这(zhè)里的(de)季节与(yǔ)之前的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的(de)运动(dòng)特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得到相(xiāng)同(tóng)的(de)信号，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数(shù)据支(zhī)持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对(duì)于(yú)探测的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个(gè)重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论(lùn)的大前(qián)提是要(yào)先找到暗物质存在(zài)的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支持(chí)是(shì)我更新(xīn)的动力！

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