宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗物(wù)质存(cún)在的证据(jù)，科学(xué)家们在过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了(le)万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的(de)规(guī)律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出(chū)现异(yì)常，不符合万(wàn)有引力定律的(de)时(shí)候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都是应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现都是(shì)在恒(héng)星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测(cè)量后(hòu)发星系(xì)团的质量。这是一(yī)个由数千(qiān)个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束(shù)缚在一(yī)起。测量星系团(tuán)的(de)质量(liàng)一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一(yī)致，就可以确定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获(huò)得其"光(guāng)度学(xué)的(de)质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力(lì)学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当测(cè)量结(jié)果出来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在(zài)，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的(de)是，在测(cè)量速度(dù)的过程中，兹(zī)威基发(fā)现(xiàn)星(xīng)系(xì)团中很多星(xīng)系的速度(dù)比(bǐ)理论上(shàng)要快得多(duō)，按(àn)照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的(de)力量在起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于(yú)某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量。只是(shì)当时的(de)人们对这(zhè)样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观(guān)测(cè)的结(jié)果却让人感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心距离(lí)的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会(huì)使用一(yī)种相对(duì)标准的方(fāng)法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据(jù)万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算2023是佛历多少年，今年是佛历多少年多少月，太阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度(dù)远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原因(yīn)很可能就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的(de)研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会(huì)出现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但是星系(xì)当(dāng)中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该(gāi)星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是(shì)科学(xué)家(jiā)们(men)使(shǐ)用(yòng)最先进(jìn)的望(wàng)远镜(jìng)对其进(jìn)行(xíng)了40个(gè)小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的(de)另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作方式是不同的(de)，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道(dào)，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，引力之间的(de)相互作(zuò)用则(zé)是(shì)不同的方(fāng)式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要(yào)对现在的物(wù)理定律进行修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多(duō)人(rén)认为暗(àn)物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物(wù)质存(cún)在的其他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质量都在星系(xì)的气体当(dāng)中(zhōng)。当星(xīng)团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星际气体的(de)相互(hù)作用就会导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么(me)我们通过什(shén)么来验证它(tā)的(de)质量区域到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了(le)巨大的(de)形(xíng)变。其实这些星系本身并不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什么(me)问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物(wù)质(zhì)。

所以当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测(cè)的时候(hòu)，发(fā)现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终(zhōng)于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空(kōng)间(jiān)背(bèi)景(jǐng)上(shàng)留下了各相(xiāng)同(tóng)性(xìng)的微波辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表示(shì)温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学(xué)家们(men)通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的(de)5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要(yào)的(de)暗物质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一(yī)个(gè)简单的(de)理论框架(jià)，就很(hěn)好地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来(lái)相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒(lì)子的(de)存(cún)在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实(shí)验方式也不相同。在过(guò)去的几十年(nián)当中，人(rén)类为了(le)寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规(guī)物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行了(le)超过50次(cì)的实验，却(què)没有任何实(shí)质性(xìng)的发现，除(chú)了一(yī)个地方(fāng)，意大(dà)利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的(de)地学实验(yàn)室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科(kē)学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这(zhè)可能是(shì)人(rén)类发现暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕着银(yín)河系进行移动(dòng)，那么(me)如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在(zài)以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗(àn)物质流(liú)，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系(xì)的(de)方向是一致的(de)，而另外(wài)半(bàn)年(nián)则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球与太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向正好达到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其(qí)他的(de)情况，造成这种年(nián)度周期信号的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个(gè)几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的(de)季节与之前的实(shí)验室正好相反，而(ér)在这(zhè)里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流的(de)运动特(tè)征和第(dì)一个实验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在(zài)的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以(yǐ)截(jié)至(zhì)目前还(hái)无(wú)法提供(gōng)相应的(de)数(shù)据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的(de)用(yòng)途就是探(tàn)索暗物(wù)质背后的奥秘，对(duì)于探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理(lǐ)中(zhōng)心的科(kē)学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可(kě)能(néng)拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进(jìn)一步的(de)证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不(bù)会(huì)意味(wèi)着(zhe)人类并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通(tōng)过(guò)这(zhè)样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推(tuī)论的(de)大前(qián)提是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新(xīn)的动(dòng)力！

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