宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物质存(cún)在的(de)证据(jù)，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行(xíng)了(le)超过50次的长期实验，但是却(què)没有(yǒu)发现(xiàn)任何的(de)有效证(zhèng)据(jù)。除了一个(gè)地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文(wén)学家们(men)发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的(de)轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力定律所(suǒ)取得(dé)重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我们(men)上升到星(xīng)系(xì)或者(zhě)是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千(qiān)个(gè)星系所组成的巨大(dà)星系团，这些(xiē)星(xīng)系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要(yào)的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质(zhì)量(liàng)的(de)计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)的各个星(xīng)系相对于(yú)星系团的运动速度(dù)。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动(dòng)力学(xué)质(zhì)量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星(xīng)系团有99%的(de)质(zhì)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，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系团(tuán)中很多星系(xì)的速度比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的(de)引(yǐn)力是无(wú)法将它(tā)幸会幸会后面接什么有趣，高情商回复幸会们束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它们早就(jiù)应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但(dàn)是它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的(de)质量(liàng)。只是(shì)当时的(de)人(rén)们(men)对这(zhè)样的(de)一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论(lùn)上来(lái)说(shuō)，距离中心越(yuè)远的(de)恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就(jiù)会越慢。但(dàn)是(shì)他们(men)观测的结果却让人(rén)感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎(hū)保持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量来(lái)吸引(yǐn)它们(men)，这些外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于是(shì)科(kē)学(xué)家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可(kě)能就(jiù)是存在着一种我们(men)看不(bù)到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物(wù)质(zhì)的引力(lì)效应(yīng)将(jiāng)星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质(zhì)的(de)存在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨道的速(sù)度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并(bìng)不(bù)是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研(yán)究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速度上的(de)微(wēi)小(xiǎo)差(chà)异(yì)。另外，天文学(xué)家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系(xì)不多，但是星系当(dāng)中存在的(de)恒(héng)星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析(xī)。但是科学家们(men)使用最先进(jìn)的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常的物(wù)质和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近没有任何(hé)星系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解还不够(gòu)全面，引力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们所理解(jiě)的方式(shì)运动。但(dàn)是上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星(xīng)系(xì)团之间的相互(hù)作用，科(kē)学(xué)家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在(zài)的(de)其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星团，它们大(dà)部分(fēn)的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部分的(de)质量将位于所有这些气体所(suǒ)在(zài)的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们(men)通过什么来验证它的质(zhì)量区域(yù)到底(dǐ)是(shì)不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星(xīng)系(xì)似乎(hū)被(bèi)拉(lā)伸产生(shēng)了(le)巨大的(de)形变。其(qí)实(shí)这些(xiē)星系(xì)本身并不是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么(me)问题(tí)，而是(shì)这(zhè)样极遥远的天体(tǐ)和我们(men)地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人(rén)们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过(guò)了(le)这(zhè)个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研(yán)究也(yě)被(bèi)认(rèn)为是暗(àn)物质(zhì)存在的(de)迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同(tóng)性(xìng)的微波(bō)辐射(shè)。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的(de)区域(yù)，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们通过(guò)对前(qián)景背景分离后的二值图(tú)像进行连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不应该(gāi)是(shì)这样的(de)，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会(huì)减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物(wù)质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)所需要(yào)的暗物质比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了(le)一个简单的理(lǐ)论(lùn)框架(jià)，就(jiù)很好地解释了(le)很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存(cún)在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒(lì)子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引(yǐn)力(lì)来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。这种粒子到(dào)底是(shì)什(shén)么？科学家们已经提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸(mō)不(bù)到(dào)，几(jǐ)乎(hū)不会与常(cháng)规物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们(men)已经进行了超过(guò)50次(cì)的(de)实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方(fāng)，意(yì)大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑(bēi)斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学(xué)实(shí)验(yàn)室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称(chēng)观(guān)测到(dào)了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多(duō)年的(de)数据收集(jí)，人们(men)发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的(de)6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每(měi)年都(dōu)是一(yī)样。一些科学家认为这可能是(shì)人(rén)类发现暗物质的(de)第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以这样的速(sù)度在穿越着暗物(wù)质流(liú)，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时(shí)地(dì)球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系(xì)的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完(wán)全一(yī)致，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的平面呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的(de)有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人(rén)员(yuán)们(men)所(suǒ)观测到的(de)周期性(xìng)信号(hào)。当然(rán)也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期信号的差(chà)异也可能是(shì)温(wēn)度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的数量(liàng)也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季(jì)节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但(dàn)是由于这个(gè)实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截(jié)至(zhì)目前还无法提供相应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野(yě)是哈(hā)勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能(néng)拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个(gè)重要因素。

如(rú)果这一理论得(dé)到(dào)进一步(bù)的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不(bù)会(huì)意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力(lì)！

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