宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学(xué)无(wú)法解(jiě)释(shì)的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证据(jù)，科学家们(men)在过去(qù)的几十年(nián)当中进(jìn)行了超过(guò)50次的(de)长期实(shí)验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的(de)天体通过引力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王星(xīng)运行轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是(shì)应(yīng)用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例(lì)子。但是这些发现都(dōu)是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的(de)物理(lǐ)学家弗(fú)里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威(wēi)基(jī)正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发星(xīng)系团的(de)质(zhì)量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结(jié)果一致，就(jiù)可(kě)以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种是获得其(qí)"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要的数据(jù)是测量各个星系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的(de)计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红(hóng)移(yí)测量星系团中的(de)各个星系相对于星(xīng)系团的运动速(sù)度。当测量结果出(chū)来之后(hòu)，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的(de)质量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系(xì)团中很(hěn)多星系(xì)的速度比理论(lùn)上(shàng)要快得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样(yàng)部分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不发散(sàn)光、吸(xī)光(guāng)、反射(shè)光，但(dàn)是它(tā)们却占据(jù)着宇宙中绝大部(bù)分的(de)质量(liàng)。只是当时的(de)人(rén)们对这样的(de)一种说(shuō)法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和(hé)肯特福(fú)特(tè)在观测仙女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有足够大的(de)质量来吸(xī)引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学家们(men)会使用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来解释(shì)暗(àn)物(wù)质的(de)存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测量了(le)距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的(de)力学定(dìng)律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例外，太阳(yáng)系位于银(yín)河系(xì)的第三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的(de)原因很可能就是存在着一种我们看不到(dào)的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的(de)引力效应(yīng)将星系聚(jù)集在(zài)了一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物(wù)质的存(cún)在(zài)。科学家根据(jù)星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗(àn)物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不(bù)是(shì)唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新的(de)研究当(dāng)中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河(hé)系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分崩离析。但是科学(xué)家们(men)使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之后，发现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没(méi)有任何星系存(cún)在。造成这些现象(xiàng)的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作(zuò)方式(shì)是(shì)不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着(zhe)它(tā)们的(de)轨道(dào)，按(àn)照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系和(hé)星团(tuán)的尺度(dù)，引(yǐn)力之间(jiān)的(de)相互作用则是不(bù)同(tóng)的方式。对于(yú)在星系(xì)团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科学(xué)家还引入了(le)外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百(bǎi)万(wàn)光年的(de)规模(mó)上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们需要(yào)对现在的物(wù)理定律进行修正，这些发(fā)现也让很多(duō)人(rén)认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的(de)其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论(lùn)证据是(shì)蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年(nián)的(de)子弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大(dà)部(bù)分的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹(dàn)星系团大(dà)部分的质(zhì)量将位(wèi)于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通过什么(me)来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当(dāng)中第一(yī)张全(quán)彩的(de)高清(qīng)照(zhào)片(piàn)，在(zài)照片中我们(men)可以明(míng)显地看到很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什么(me)问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东西的(de)引力，会使身后更遥(yáo)远星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是引力(lì)透(tòu)镜效(xiào)应。这个(gè)巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区(qū)域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就(jiù)是(shì)当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到的质量气体被卡在了(le)中间，暗(àn)物质则直接通过了(le)这(zhè)个区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的(de)理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过了(le)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(dù)较高的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相(xiāng)对较(jiào)冷(lěng)的(de)区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二值(zhí)图像进(jìn)行连(lián)通域(yù)提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图(tú)形(xíng)看(kàn)起(qǐ)来不应该是(shì)这(zhè)样的，而随(suí)着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要(yào)的暗物(wù)质大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系(xì)当中(zhōng)戊时是几点，戊时是几点到几点钟的时恒星运动所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例(lì)是一(yī)致(zhì)的。这就意味着。

用了(le)一个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了(le)很多不同的(de)观测结果。而暗(àn)物(wù)质的本质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的(de)粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于(yú)找到了暗(àn)物(wù)质存(cún)在的(de)实际证据。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科学家们已经提(tí)出了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当中，人(rén)类为了(le)寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过50次(cì)的实验(yàn)，却(què)没有任何实(shí)质性(xìng)的发现，除了一(yī)个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿(kuàng)井当(dāng)中(zhōng)，藏着地(dì)球上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过(guò)了20多(duō)年(nián)的(de)数(shù)据收集，人们发现了一个(gè)有趣(qù)的事(shì)情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可能是人(rén)类(lèi)发现暗物质的第(dì)一个(gè)直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河(hé)系进(jìn)行移动(dòng)，那么如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的(de)振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的(de)时候，地球与(yǔ)太阳的(de)方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流(liú)最快的时段(duàn)。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际(jì)的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为(wèi)这可以用来解释，研究(jiū)人(rén)员们(men)所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的情况，造(zào)成(chéng)这种(zhǒng)年(nián)度周期(qī)信(xìn)号(hào)的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大(dà)利(lì)游客的数量也(yě)符合这个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的(de)季节(jié)与之前的实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实(shí)验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到相同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物(wù)质所存在的非常(cháng)有力的(de)证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无(wú)法提供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。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)物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待(dài)了(le)。费米实(shí)验室粒子(zi)天(tiān)体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯(sī)特(tè)芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它(tā)们(men)极有可能(néng)拥(yōng)有另一(yī)种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的(de)证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会(huì)意(yì)味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这样的效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的(de)实(shí)际证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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