宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为(wèi)何(hé)会存在科学无法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家(jiā)们在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任何(hé)的(de)有效证据(jù)。除了(le)一个(gè)地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学(xué)数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的(de)几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定律的时(shí)候，他们(men)就会(huì)知道(dào)，周围一定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通(tōng)过(guò)天王星运行轨道的(de)异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应用(yòng)万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律所取得(dé)重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当我们上升到星(xīng)系(xì)或(huò)者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量(liàng)后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一(yī)个由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团(tuán)的(de)质量一般会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力学质量的(de)计算(suàn)，是利用(yòng)光(guāng)谱红移(yí)测量星系团中的(de)各(gè)个(gè)星系(xì)相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了(le)，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在测(cè)量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按照牛(niú)顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质量所产生的引(yǐn)力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛(pāo)出(chū)星(xīng)系团之外了(le)，除非有一(yī)种神秘的力(lì)量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出(chū)了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大(dà)部(bù)分(fēn)的质量。只是(shì)当(dāng)时的人们对这样的一种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在(zài)观(guān)测(cè)仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在其轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与中心距(jù)离的(de)增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星的(de)旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定(dìng)律，在(zài)星系当中如果没有(yǒu)足够大的(de)质量来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标准的(de)方法来解(jiě)释(shì)暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)杀害一只斑鸠是什么罪，打死一只斑鸠会定什么罪系中心(xīn)的距(jù)离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的(de)结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通(tōng)过(guò)射电望远镜测(cè)量了距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元(yuán)素，发现(xiàn)它(tā)们(men)的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心(xīn)加速度的原因很(hěn)可(kě)能就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是这些暗(àn)物(wù)质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人(rén)员(yuán)开始相信暗物质的存(cún)在。科(kē)学(xué)家根据星系外(wài)恒星轨道的(de杀害一只斑鸠是什么罪，打死一只斑鸠会定什么罪)速(sù)度，估(gū)算在(zài)星(xīng)系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一(yī)个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系(xì)不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，该星系必(bì)须(xū)存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析。但是科学家(jiā)们使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行了(le)40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的(de)物质和力学(xué)定律来解释的。那么又(yòu)有人(rén)提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的(de)除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对(duì)引力的理解(jiě)还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可能(néng)在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不(bù)同(tóng)的(de)，这意味(wèi)着在行星(xīng)系(xì)尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的(de)相(xiāng)互作用则(zé)是不同的方(fāng)式(shì)。对(duì)于(yú)在星(xīng)系团之(zhī)间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概(gài)念(niàn)，指(zhǐ)的(de)是在数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们(men)需要对(duì)现(xiàn)在的(de)物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗物质存在的其(qí)他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释(shì)的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们大部(bù)分的(de)普通质(zhì)量都在星系的气体当(dāng)中。当(dāng)星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温度(dù)的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么(me)我们通(tōng)过(guò)什么(me)来验(yàn)证(zhèng)它(tā)的质量区(qū)域(yù)到(dào)底是不(bù)是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前(qián)不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在(zài)照片(piàn)中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的形变(biàn)。其(qí)实(shí)这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对(duì)子弹星(xīng)系团观测的时候，发(fā)现(xiàn)它的(de)大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就(jiù)是当星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气(qì)体(tǐ)被卡(kǎ)在了中(zhōng)间(jiān)，暗(àn)物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜研究(jiū)也被(bèi)认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上留(liú)下了(le)各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景(jǐng)背景分离后的二(èr)值图像进行(xíng)连(lián)通域提取和标(biāo)记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大(dà)约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动所需(xū)要的暗(àn)物质比(bǐ)例(lì)是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗(àn)物(wù)质的(de)本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它(tā)们(men)不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗(àn)物质存(cún)在(zài)的(de)实际证(zhèng)据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是什么(me)？科学家们已经提出(chū)了数十种的(de)假想目(mù)标，而(ér)要(yào)寻找这(zhè)些不(bù)同(tóng)的目标粒子(zi)所需要(yào)的实验方(fāng)式也不相同。在(zài)过去的(de)几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了一个地(dì)方，意大利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于(yú)阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地(dì)学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个(gè)三层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学(xué)家声称(chēng)观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年(nián)都是一样。一些科学(xué)家认为这可能(néng)是人类发现暗物(wù)质的第一个直(zhí)接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度(dù)围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也(yě)在以这样(yàng)的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个(gè)过程中会(huì)产生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的方向是一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物(wù)质流最快的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太(tài)阳系(xì)相对银(yín)河(hé)系(xì)的(de)平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来解释(shì)，研(yán)究人(rén)员们所观(guān)测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他(tā)的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异(yì)也可(kě)能是(shì)温度(dù)、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学家们又(yòu)在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节(jié)与之前的实验室(shì)正好相反，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗物(wù)质流的运动特征和第一个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里(lǐ)可以得到(dào)相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了(le)。但是由于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相(xiāng)应的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台(tái)新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键的(de)用途(tú)就是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待(dài)了(le)。费米实验室(shì)粒子天体(tǐ)物(wù)理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在，它(tā)们(men)极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生命进化(huà)的一个重要(yào)因(yīn)素。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进一步的(de)证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是(shì)要先找到(dào)暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是我更新的动(dòng)力！

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