宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在(zài)科学无法解释(shì)的“暗(àn)物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科学家们(men)在过去的几十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学(xué)家们(men)发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道(dào)出现异(yì)常，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体通过引力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥(míng)王(wáng)星的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的(de)例(lì)子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们(men)上升(shēng)到星系(xì)或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的质(zhì)量(liàng)。这(zhè)是一个(gè)由数千个星系(xì)所组成的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚在一起。测(cè)量(liàng)星系(xì)团的质量一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果一(yī)致，就可以确(què)定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学的(de)质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个(gè)星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星(xīng)系相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着(zhe)，后发座(zuò)星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并(bìng)不以可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星(xīng)系(xì)团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些(xiē)可见星系的(de)质量(liàng)所产生(shēng)的引力是(shì)无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之(zhī)外了，除(chú)非有一种神(shén)秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来(lái)源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质(zhì)，它(tā)不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是(shì)它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部(bù)分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一(yī)次出(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心(xīn)越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观(guān)测的结果却(què)让(ràng)人感(gǎn)到不(bù)可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引它们(men)，这些外(wài)围的(de)恒星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基(jī)于(yú)这(zhè)种现象，科学(xué)家们会使用一种相(xiāng)对(duì)标(biāo)准的(de)方法来(lái)解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星系当中气(qì)体在(zài)X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果(guǒ)，就(jiù)认为(wèi)是由暗物(wù)质的力量进入其(qí)中。

于(yú)是科(kē)学家们通(tōng)过(guò)射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量(liàng)了(le)距离星(xīng)系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的(de)力学定律。我们的太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度(dù)远远(yuǎn)大于(yú)理论(lùn)速度(dù)，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的(de)原因很可能就(jiù)是存在(zài)着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力(lì)效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗物质的(de)质量占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象的原因(yīn)。在一项新的(de)研究当中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现了一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河(hé)系不多，但(dàn)是星(xīng)系当中存在的恒星数量却(què)只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科(kē)学家们使用最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常的物(wù)质和力学定律来解释的。那(nà)么(me)又有(yǒu)人提(tí)出(chū)，也许该(gāi)星系的(de)暗(àn)物(wù)质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近没有(yǒu)任何星(xīng)系2197的立方根是多少，216的立方根是多少存在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外(wài)，另(lìng)一种可能(néng)就是人类对(duì)引力的理解还(hái)不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同(tóng)尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方(fāng)式是(shì)不同(tóng)的，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺度中的天体会(huì)沿(yán)着(zhe)它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我们所理解(jiě)的方(fāng)式运动。但是上升(shēng)到星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之(zhī)间的相互作用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部(bù)场(chǎng)效(xiào)应(yīng)的(de)概念(niàn)，指(zhǐ)的(de)是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量之间会(huì)产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意(yì)味着我(wǒ)们需(xū)要对现在的物(wù)理定(dìng)律进行(xíng)修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多(duō)人(rén)认为暗物(wù)质假说(shuō)理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在(zài)的其他(tā)的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙(méng)德(dé)理论(lùn)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(gè)碰撞的星系(xì)团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团，它(tā)们大部分(fēn)的普通质量都(dōu)在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升(shēng)高，速(sù)度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大(dà)部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域(yù)。那么我们通过什(shén)么来验(yàn)证它的质量区域到(dào)底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨(jù)大(dà)的形变。其实(shí)这(zhè)些星(xīng)系本(běn)身并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥(yáo)远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是(shì)超(chāo)大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗2197的立方根是多少，216的立方根是多少物(wù)质。

所以当人们(men)对(duì)子弹星系(xì)团(tuán)观测的(de)时候，发现它(tā)的大质(zhì)量区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被(bèi)观测到(dào)的(de)质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则(zé)直接通过了(le)这个区域(yù)，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系(xì)团的(de)引力(lì)透镜研究也被(bèi)认为是暗物(wù)质存在的(de)迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了(le)。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这样的，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要(yào)的暗物质比例(lì)是一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了(le)一个简单(dān)的(de)理论(lùn)框架(jià)，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种类型的粒子(zi)，它们(men)不参与(yǔ)任何其(qí)他的(de)电磁作用，只通过引力来相互(hù)作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科学家们(men)已经提(tí)出(chū)了(le)数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的(de)目(mù)标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎(hū)不会(huì)与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属(shǔ)于(yú)阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地(dì)学实验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的探测器(qì)，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物(wù)质粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现(xiàn)了(le)一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在(zài)20年(nián)当中每年(nián)都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为(wèi)这可(kě)能(néng)是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质会(huì)产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流(liú)，这个过(guò)程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是一致(zhì)的，而(ér)另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到(dào)完全(quán)一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达(dá)到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的(de)平面呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的(de)有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用(yòng)来(lái)解释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到的周(zhōu)期(qī)性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大利游(yóu)客(kè)的(de)数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可(kě)以得到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截(jié)至目前还(hái)无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提供的视(shì)野是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会(huì)不(bù)会意味着(zhe)人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的(de)大前(qián)提是要(yào)先找到暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的(de)动(dòng)力！

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