宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物质存在的(de)证据，科学家们(men)在(zài)过去的(de)几十(shí)年当中进行(xíng)了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天(tiān)文学家们发(fā)现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律的(de)时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒(héng)星系统的(de)尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星(xīng)系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数(shù)千个星系所组成的巨(jù)大(dà)星系团，这些星系被引力(lì)束(shù)缚在(zài)一(yī)起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结(jié)果一致，就(jiù)可以确定其(qí)质量的(de)范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第(dì)二种是动(dòng)力(lì)学质量(liàng)的(de)计(jì)算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测(cè)量星系(xì)团中的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的质(zhì)量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发(fā)现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质(zhì)量(liàng)所产生的引力是无法将它们(men)束缚在(zài)星系团内的，它(tā)们(men)早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力(lì)量在起(qǐ)作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的(de)人(rén)们对这样的(de)一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才(cái)再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系(xì)中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度(dù)就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据(jù)牛(niú)顿(dùn)的万(wàn)有(yǒu)引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科(kē)学家们会使用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是测量星系(xì)当中气体在X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入(rù)其(qí)中。

于(yú)是科学家们(men)通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素(sù)，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不(bù)符合(hé)牛(niú)顿的力学定律。我们(men)的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可(kě)能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看(kàn)不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在(zài)。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可(kě)以解(jiě)释(shì)这个现象的(de)原因。在一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在(zài)暗物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先进的望远镜对(duì)其(qí)进行了40个(gè)小(xiǎo)时(shí)的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒(héng)星运(yùn)动是可(kě)以用(yòng)正常的物质(zhì)和力学定律来(lái)解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的(de)暗(àn)物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一(yī)个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在(zài)。造成这(zhè)些现象的除了暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种可能就(jiù)是人类对引力(lì)的理解还不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的(de)工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系(xì)尺度(dù)中的天体会(huì)沿着它(tā)们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但(dàn)是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则(zé)是不(bù)同的方式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相互(hù)作用，科(kē)学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会(huì)产生对彼此特殊(shū)的(de)效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多(duō)人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗物(wù)质存在的其(qí)他的理论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量(liàng)都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在(zài)的中间区域(yù)。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质(zhì)量区域到底是不是(shì)集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在照片(piàn)中我们(men)可以明显地看到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其(qí)实(shí)这些星系(xì)本身并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的天(tiān)体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域(yù)并(bìng)不是在中间，而(ér)是(shì)在两侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域(yù)，并在两边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古(gǔ)老(lǎo)的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的(de)部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对(duì)较冷的(de)区(qū)域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图(tú)像进行连(lián)通域(yù)提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起来(lái)不应该是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的(de)幅度(dù)会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物(wù)质(zhì)比例是(shì)一致的(de)。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释(shì)了(le)很多不(bù)同的(de)观测结果(guǒ)。而(ér)暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其(qí)他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过引力来(lái)相(xiāng)互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的(de)假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这些不同的目(mù)标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去(qù)的(de)几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们(men)已经进行了超过50次(cì)的实(shí)验(yàn)，却没(méi)有(yǒu)任何(hé)实(shí)质性的发(fā)现，除了一(yī)个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大(dà)的(de)地学实验室，这个(gè)实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子(zi)的(de)周期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这(zhè)里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测到(dào)了某种信(xìn)号。经过了(le)20多(duō)年的数据收(shōu)集，人们(men)发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后(hòu)在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是(shì)一(yī)样。一些科学家认为这(zhè)可能(néng)是(shì)人(rén)类发现暗物质(zhì)的第一(yī)个(gè)直接证据。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里宝剑锋从磨砺出梅花香自苦寒来的意思是什么，宝剑锋从磨砺出,梅花香自苦寒全诗/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移(yí)动，那(nà)么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在(zài)穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河系(xì)的方向是(shì)一致的，而另外半年(nián)则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的(de)方向正好达到完全(quán)一(yī)致(zhì)，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快的(de)时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平宝剑锋从磨砺出梅花香自苦寒来的意思是什么，宝剑锋从磨砺出,梅花香自苦寒全诗面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这可以用来(lái)解(jiě)释(shì)，研究人员们所观(guān)测(cè)到的(de)周期性(xìng)信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年(nián)度周(zhōu)期(qī)信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游(yóu)客的(de)数量也符合这个(gè)周期(qī)的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实(shí)验(yàn)室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的(de)运(yùn)动特征和第(dì)一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证据(jù)了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以截(jié)至目(mù)前(qián)还(hái)无(wú)法提供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一(yī)个关(guān)键的用(yòng)途(tú)就是(shì)探索暗物质(zhì)背后(hòu)的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭(shì)目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的(de)诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命(mìng)进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先(xiān)找到暗物(wù)质存在的(de)实际证据。那(nà)么(me)小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的动力！

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