宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什(shén)么(me)？人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过(guò)去的(de)几十年(nián)当(dāng)中(zhōng)进行了超过(guò)50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的(de)规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力(lì)定律的(de)时候，他(tā)们就会(huì)知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引(yǐn)力(lì)在(zài)摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥(míng)王星的(de)发现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的(de)例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的(de)尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上(shàng)升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情就开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学(xué)家(jiā)弗里茨(cí)兹威(wēi)基(jī)正在(zài)研(yán)究和测(cè)量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数(shù)千个(gè)星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这(zhè)些(xiē)星系被(bèi)引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团(tuán)的质量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结(jié)果一致(zhì)，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的数据是测(cè)量各个星系的光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相对于(yú)星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了(le)，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以可见光(guāng)的(de)形式所存在(zài)，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将它们束(shù)缚在(zài)星系团(tuán)内(nèi)的，它们(men)早就应(yīng)该被抛(pāo)出星(xīng)系团之(zhī)外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的(de)人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测仙女(nǚ)座(zuò)星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度(dù)就会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持(chí)不(bù)变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的(de)质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对标准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气(qì)体在(zài)X轴(zhóu)上(shàng)距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速(sù)度。如果出(chū)现异常的(de)结果，就(jiù)认为是由暗(àn)物(wù)质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据(jù)万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际(jì)上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论速度，那么(me)产生以(yǐ)上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存(cún)在(zài)着一种我们看不(bù)到的(de)物(wù)质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越来(lái)越多的(de)研究人(rén)员开始相信暗(àn)物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银(yín)河系的千分之一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析(xī)。但(dàn)是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进(jìn)的(de)望(wàng)远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时(shí)的详细测量(liàng)之后，发(fā)现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用(yòng)正常的物质(zhì)和(hé)力(lì)学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么(me)又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近(jìn)的(de)另一个(gè)大星系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的(de)附近没有任何(hé)星系存在(zài)。造成这些现象的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外(wài)，另一(yī)种可能就是人类对引力(lì)的理解(jiě)还不够全(quán)面，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在(zài)行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照我们(men)所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用则是不(bù)同(tóng)的(de)方式(shì)。对于在星系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科(kē)学家还引入(rù)了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在(zài)数百万光年的(de)规(guī)模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定(dìng)律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据是蒙(méng)德理论(lùn)所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们(men)大部分的普通(tōng)质量都在星系的(de)气体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致(zhì)温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将位于(yú)所有(yǒu)这些气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那(nà)么我们(men)通过什么来(lái)验(yàn)证它的质量区域到底(dǐ)是不(bù)是集(jí)中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩(cǎi)的(de)高清照(zhào)片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯(bó)望远镜出(chū)了(le)什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质(zhì)量的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个(gè)现象(xiàng)就是引力(lì)透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天体可能是(shì)超大质量的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全部(bù)的碰撞时，可被(bèi)观测到(dào)的(de)质(zhì)量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜研究也被认为是(shì)暗(àn)物(wù)质存在的迄今为止最(zuì)好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温(wēn)差只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景背景分(fēn)离后的二(èr)值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后(hòu)发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗(àn)物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些峰值的(de)幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背(bèi)景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质大约(yuē)是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解释星(xīng)系(xì)当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的(de)理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的(de)观(guān)测(cè)结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它(tā)们不参(cān)与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经提(tí)出了数(shù)十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验(yàn)方(fāng)式也(yě)不相同(tóng)。在过(guò)去(qù)的(de)几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来(lái)，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人(rén)们(men)发现了一(yī)个(gè)有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年(nián)当中每年(nián)都(dōu)是一样(yàng)。一些科学(xué)家认为(wèi)这可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质会产生周期性(xìng)的(de)年度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移(yí)动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以这样的速度(dù)在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕(rào)银(yín)河(hé)系的(de)方向是(shì)一(yī)致的(de)，而另外半年则与之(zhī)相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这是理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物质流最快(kuài)的(de)时(shí)段(duàn)。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对(duì)银(yín)河系的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信(xìn)号(hào)。当然(rán)也可(kě)能有其(qí)他的情况，造(zào)成这种年度周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客(kè)的(de)数量(liàng)也符合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立(lì)了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)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(de)证(zhèng)据(jù)了。但是(shì)由于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据(jù)支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的(de)望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个(gè)关键的(de)用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后的(de)奥(ào)秘，对于探测的(de)结(jié)果，我们只能拭目(mù)以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有可能(néng)拥(yōng)有另(lìng)一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不(bù)会意味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过这样的效应(yīng)创造(zào)生(shēng)命(mìng)。当然，这些推论的大前提是(shì)要(yào)先找到暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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