宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在(zài)过去(qù)的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了(le)超过(guò)50次的(de)长期(qī)实验(yàn)，但是却没(méi)有发现任何的(de)有(yǒu)效证据(jù)。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家(jiā)们发(fā)现某(mǒu)些天(tiān)体(tǐ)运行轨道(dào)出(chū)现异常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定律的(de)时候，他们(men)就会知道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的天体通过(guò)引力在摄动它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运(yùn)行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力(lì)定律所取得重(zhòng)大(dà)天(tiān)文成就(jiù)的例子(zi)。但(dàn)是这些(xiē)发(fā)现(xiàn)都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星(xīng)系或者是星团的(de)尺度，事(shì)情就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后(hòu)发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一(yī)般(bān)会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一(yī)致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量的范围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的(de)数据是测量(liàng)各个(gè)星系的光(guāng)度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相对于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当测量结(jié)果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并不(bù)以可(kě)见光(guāng)的(de)形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系(xì)团中很(hěn)多星(xīng)系的(de)速度比理论上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿的运(yùn)动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们(men)却占据(jù)着宇宙中绝大部分的(de)质量(liàng)。只是(shì)当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上(shàng)的(de)运行速度就会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到不(bù)可思议(yì)。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒(héng)星的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些(xiē)外(wài)围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种现象，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标(biāo)准的方法来(lái)解释(shì)暗物质(zhì)的(de)存在，这种方法就(jiù)是测(cè)量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物(wù)质的力量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量了距离(lí)星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离(lí)的氢(qīng)元素，发现它(tā)们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳系(xì)位于银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上(shàng)，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力(lì)定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种向(xiàng)心加(jiā)速(sù)度的原因很可(kě)能就是存(cún)在着一种我们看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是从这(zhè)时(shí)开始，越来越多(duō)的研(yán)究人员开始相信(xìn)暗物(wù)质的(de)存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个(gè)现(xiàn)象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还(hái)发现了一个反常的(de)星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在(zài)的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科(kē)学家(jiā)们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物(wù)质和力学(xué)定(dìng)律来解(jiě)释(shì)的。那(nà)么又(yòu)有(yǒu)人提(tí)出(chū)，也许该星系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没(méi)有任(rèn)何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了(le)暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一种可(kě)能就是人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够全(quán)面，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方(fāng)式是不同(tóng)的(de)，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相互(hù)作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年(nián)的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现在的(de)物理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发(fā)现也让很(hěn)多(duō)人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没(méi)法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的(de)相互作用就会(huì)导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质(zhì)量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地(dì)看到很(hěn)多星(xīng)系似(shì)乎被拉(lā)伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和我们地球(qiú)上(shàng)的观测者之间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系(xì)的光都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系团观(guān)测(cè)的时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释(shì)方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是当星(xīng)团(tuán)发(fā)生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜(jìng)研(yán)究(jiū)也被认为是暗物质存在(zài)的迄(qì)今为止最好的理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光(guāng)终于可以畅通无阻n. v. adj. adv.是啥，英语词性分类12种及缩写地(dì)穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其(qí)中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的温(wēn)差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图形看起来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质大约是(shì)普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比例(lì)是一致的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一个简单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释(shì)了很多不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所(suǒ)以如(rú)果能(néng)够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经(jīng)提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的(de)实(shí)验(yàn)方(fāng)式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有(yǒu)任(rèn)何实(shí)质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地学实(shí)验室，这(zhè)个实验(yàn)室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声称观测(cè)到了(le)某种信号。经过了(le)20多年的数据(jù)收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年(nián)都是(shì)一样(yàng)。一些(xiē)科学家(jiā)认为这可能(néng)是(shì)人类发现暗(àn)物质(zhì)的第一个直接证据(jù)。

但是为什么(n. v. adj. adv.是啥，英语词性分类12种及缩写me)暗物(wù)质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个(gè)过(guò)程中会(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系(xì)的方(fāng)向是一致(zhì)的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗(àn)物质流(liú)最快的时段。而(ér)在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不(bù)影响这个(gè)理论的(de)有效(xiào)性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这(zhè)可(kě)以用来解(jiě)释，研(yán)究人员(yuán)们(men)所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然也可能(néng)有其他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度(dù)周期(qī)信号的(de)差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的数量(liàng)也(yě)符(fú)合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里的季(jì)节(jié)与(yǔ)之前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在(zài)这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运动特征和(hé)第一(yī)个实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前(qián)还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽视(shì)场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到(dào)进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们(men)觉得(dé)暗(àn)物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支(zhī)持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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