宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么(me)？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学(xué)家(jiā)们在过去的几(jǐ)十(shí)年(nián)当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运(yùn)行轨道(dào)出(chū)现(xiàn)异常(cháng)，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨道的(de)异常，推(tuī)算并(bìng)且(qiě)发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万(wàn)有引力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千(qiān)个(gè)星系(xì)所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以确(què)定其质量的范围(wéi)。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座(zuò)星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形式所存在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速(sù)度的过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速(sù)度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见星(xīng)系的(de)质量所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系团之外(wài)了(le)，除非有一种神秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部(bù)分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的(de)质(zhì)量(liàng)。只是当时的人(rén)们对(duì)这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上的(de)运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测(cè)的结果(guǒ)却让(ràng)人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如(rú)果没(méi)有足(zú)够大的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科(kē)学(xué)家们(men)会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜(jìng)测量了距(jù)离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢(qīng)元素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律(lǜ)进行计(jì)算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河系(xì)旋(xuán)转，这(zhè)个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这(zhè)种向(xiàng)心加(jiā)速度的(de)原因(yīn)很可能(néng)就(jiù)是存在(zài)着一种我(wǒ)们(men)看不到的(de)物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科(kē)学家(jiā)根(gēn)据星系外恒(héng)星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在一项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的(de)遥远恒星之(z30公分等于几厘米 30公分等于30厘米吗hī)间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进(jìn)的(de)望(wàng)远镜对其进行了40个小时的(de)详细测(cè)量之(zhī)后，发(fā)现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动(dòng)是可以用正常(cháng)的(de)物质和(hé)力学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没有任何星系存(cún)在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还(hái)不(bù)够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味(wèi)着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们(men)的(de)轨道(dào)，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的(de)方式(shì)运动。但是上(shàng)升到星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的(de)相互作用则是不(bù)同的方式(shì)。对于在星系(xì)团之(zhī)间的(de)相互作用，科学家还(hái)引入了外部(bù)场效应的概(gài)念，指的(de)是在数百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨大的(de)质量之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还(hái)有关(guān)于暗物质存在的其(qí)他的理论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它(tā)们(men)大部分(fēn)的(de)普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的(de)相互作用(yòng)就会导致温(wēn)度的(de)急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于(yú)所有这(zhè)些气体所在(zài)的中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过(guò)什么来验(yàn)证它的质(zhì)量区(qū)域到底是不(bù)是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我(wǒ)们(men)可以明(míng)显地看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出(chū)了(le)什(shén)么问题，而(ér)是这(zhè)样极遥远的天体(tǐ)和我们地(dì)球上(shàng)的(de)观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量超(chā30公分等于几厘米 30公分等于30厘米吗o)级(jí)巨(jù)大的(de)天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天体可能(néng)是超(chāo)大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观(guān)测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最(zuì)好(hǎo)的(de)解释(shì)方(fāng)法就是(shì)当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时(shí)，可(kě)被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质则(zé)直接通过(guò)了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最(zuì)好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它(tā)们之间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通(tōng)过对前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值(zhí)图像(xiàng)进行(xíng)连通域(yù)提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物(wù)质，图(tú)形(xíng)看(kàn)起来不应该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度(dù)会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射(shè)的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动所(suǒ)需(xū)要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就(jiù)很好地解释(shì)了很多(duō)不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与任何(hé)其他的电磁(cí)作用，只通过引力来(lái)相互(hù)作(zuò)用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到(dào)这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的(de)目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不(bù)相同。在过去(qù)的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的(de)实验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的(de)发现，除(chú)了一个(gè)地方，意(yì)大利(lì)的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地(dì)学实验(yàn)室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的(de)科(kē)学家(jiā)声称观测(cè)到了某种信(xìn)号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣的(de)事情。探测率会在(zài)每年的6月份达(dá)到(dào)峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年(nián)当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可(kě)能是人类发现暗(àn)物(wù)质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性(xìng)的年(nián)度信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河(hé)系进行(xíng)移动，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样(yàng)的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物(wù)质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的(de)平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个(gè)理论的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到(dào)的周期性信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其(qí)他的情(qíng)况，造成这种年度周期(qī)信号的(de)差异也可(kě)能是(shì)温(wēn)度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合(hé)这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一(yī)个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与之前的(de)实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的(de)运动特(tè)征和第一(yī)个实(shí)验室是一(yī)样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存在的(de)非常有力的(de)证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另(lìng)外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提(tí)供的(de)视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关(guān)键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于(yú)探测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了(le)。费米实验室(shì)粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的(de)效(xiào)应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会(huì)意味(wèi)着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过(guò)这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的(de)实际证据。那(nà)么(me)小伙伴们(men)，你们觉(jué)得暗物质到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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