宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科(kē)学家们在过(guò)去的几十(shí)年(nián)当中进行了超过50次的(de)长期实(shí)验，但(dàn)是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自(zì)然哲学数学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克(kè)牛(niú)顿(dùn)发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文(wén)学家们发现某(mǒu)些天(tiān)体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们(men)就会(huì)知道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天体通过(guò)引力在摄动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是应(yīng)用万有引(yǐn)力(lì)定律所取得重(zhòng)大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当(dāng)我们上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正在研究(jiū)和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星(xīng)系被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的(de)范围。

第一种是(shì)获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测(cè)量各个(gè)星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的各(gè)个(gè)星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异(yì)的(de)是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速度(dù)比(bǐ)理论(lùn)上(shàng)要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系的质(zhì)量所产生的引力是无法将它们(men)束缚(fù)在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力(lì)量(liàng)来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹(zī)维基提出了(le)这样(yàng)部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当(dāng)时的人们(men)对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再一次出(chū)现。天文学(xué)家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距(jù)离中心越远的(de)恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度(dù)就会越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结(jié)果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变(biàn)。可(kě)是(shì)根据(jù)牛顿的(de)万有引力定(dìng)律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科(kē)学家们(men)会使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的(de)方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质(zhì)的力量(liàng)现在泰山顶上的温度大约是多少度呢，现在泰山山顶的温度有多少？进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜(jìng)测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发(fā)现它们的(de)旋(xuán)转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系位于银河系的第(dì)三悬臂(bì)之(zhī)上，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么产生以(yǐ)上这种向(xiàng)心加速度(dù)的原因(yīn)很可能就是存在(zài)着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来越多的(de)研究人员(yuán)开(kāi)始相(xiāng)信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度(dù)，估(gū)算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新的研(yán)究(jiū)当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微(wēi)小差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地(dì)球(qiú)大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不多，但是星(xīng)系当中存在(zài)的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的(de)千分之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的(de)望远镜对其进行(xíng)了40个小时(shí)的详细(xì)测量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的(de)恒星运(yùn)动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释(shì)的。那么(me)又(yòu)有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就(jiù)是人类对引力的(de)理解还(hái)不够全面，引力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方(fāng)式是不(bù)同的(de)，这意(yì)味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的(de)天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但是上升到(dào)星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互(hù)作用(yòng)则是不同的(de)方式。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科学家还(hái)引入了(le)外(wài)部场效应的概(gài)念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立(lì)，这意(yì)味着(zhe)我们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗(àn)物质假说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在(zài)的其(qí)他的理论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解(jiě)释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的(de)星系团所组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它们大部分的普通质量都在(zài)星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就(jiù)会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部(bù)分的(de)质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所在(zài)的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在(zài)中间呢(ne)？前(qián)不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)现在泰山顶上的温度大约是多少度呢，现在泰山山顶的温度有多少？地看到(dào)很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什么问(wèn)题，而是(shì)这样(yàng)极(jí)遥(yáo)远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观(guān)测者之(zhī)间。被一个质量超级(jí)巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可(kě)能是(shì)超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发(fā)现它的大质量(liàng)区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到(dào)的(de)质量气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这个区域(yù)，并(bìng)在(zài)两(liǎng)边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存(cún)在的迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了各相同性(xìng)的微波辐(fú)射。其中红色(sè)的部分表示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但实(shí)际上它(tā)们之间(jiān)的温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二(èr)值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该是这(zhè)样的(de)，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗(àn)物(wù)质大约(yuē)是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数字(zì)与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是一致的(de)。这(zhè)就(jiù)意(yì)味着(zhe)。

用(yòng)了一(yī)个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很好地(dì)解释了(le)很(hěn)多不同的观(guān)测(cè)结果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种类型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何其他的(de)电磁作用，只通过(guò)引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在的(de)实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提(tí)出了数十种的假想目标，而(ér)要寻(xún)找这些(xiē)不(bù)同的目标(biāo)粒子(zi)所需(xū)要的实(shí)验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质(zhì)相(xiāng)互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在(zài)山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的(de)地(dì)学实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测到了(le)某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一(yī)个(gè)有趣的事情(qíng)。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系(xì)进行移动，那(nà)么如果暗(àn)物质(zhì)存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的(de)方向与太阳环绕银(yín)河系(xì)的(de)方向是一(yī)致的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗(àn)物质流(liú)最(zuì)快的时(shí)段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论(lùn)的(de)有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当(dāng)然也可(kě)能有其(qí)他(tā)的情况，造成(chéng)这(zhè)种年度周期信(xìn)号(hào)的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数(shù)量(liàng)也(yě)符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家(jiā)们(men)又在南半球建立了(le)一个(gè)几乎相同的实验室(shì)，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质(zhì)所存(cún)在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一(yī)个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重(zhòng)要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某(mǒu)个角落的(de)行星上(shàng)，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的效(xiào)应创造(zào)生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的(de)大前(qián)提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是我更新的动力！

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