宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行了(le)超过50次的(de)长期实(shí)验，但是却没有发现任(rèn)何的(de)有效(xiào)证据(jù)。除了(le)一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运(yùn)动(dòng)的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学(xué)家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道(dào)出现(xiàn)异(yì)常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的时候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发(fā)现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的(de)例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系(xì)或者是(shì)星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研(yán)究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一(yī)致(zhì)，就可以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其(qí)"光度(dù)学(xué)的质量"，需要的数据(jù)是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系(xì)相对(duì)于(yú)星系团的(de)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(zhì)量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的(de)形(xíng)式(shì)所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度(dù)的过程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的质(zhì)量所(suǒ)产(chǎn)生的引力(lì)是无法将它(tā)们束(shù)缚(fù)在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了(le)，除非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外(wài)围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家们会(huì)使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测(cè)量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗(àn)物(wù)质的(de)力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测(cè)量(liàng)了距(jù)离星系中心(xīn)更(gèng)远距(jù)离的氢(qīng)元素，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太(tài)阳系(xì)的运行速(sù)度(dù)应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原(yuán)因(yīn)很可(kě)能就(jiù)是存在着一种我们看(kàn)不(bù)到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物(wù)质的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚(jù)集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗(àn)物质的(de)存在。科学(xué)家根据(jù)星系外(wài)恒星轨道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质的(de)质量占整个星系(xì)质(zhì)量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这(zhè)个现象的(de)原因。在(zài)一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存(cún)在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动(dòng)是(shì)可以用正(zhèng)常的(de)物质和力学定律来解释的。那么(me)又有(yǒu)人提(tí)出，也(yě)许该星系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系(xì)存在(zài)。造(zào)成这些现象的除了暗(àn)物(wù)质的(de)假说(shuō)之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能(néng)在(zài)不同尺度空间中的(de)工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解(jiě)的方式(shì)运动。但是(shì)上升到星系和星(xīng)团的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的(de)方式(shì)。对(duì)于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入(rù)了外部场(chǎng)效应的概念，指的是(shì)在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味着我们需(xū)要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗(àn)物质存在(zài)的(de)其他的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)星(xīng)系团所组成(chéng)，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的(de)气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过什么来验(yàn)证它的质(zhì)量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了(le)宇宙当(dāng)中第(dì)一张全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这(zhè)些(xiē)星系本(běn)身(shēn)并不是真的(de)被扭(niǔ)曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上的(de)观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的(de)天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星系(xì)团观测的(de)时候(hòu)，发现它的(de)大质量区(qū)域并(bìng)不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方(fāng)法就是(shì)当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边(biān)形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的(de)引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物(wù)质存(cún)在(zài)的迄今为(wèi)止最(zuì)好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看(kàn)起来不(bù)应该是(shì)这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的(de)暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动所需(xū)要的(de)暗物质比例是(shì)一(yī)致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好地(dì)解释(shì)了很多不同的(de)观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本(běn)质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何其他(tā)的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么(me)？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要(yào)的实验方(fāng)式也不相同。在(zài)过(guò)去的几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却(què)没有任何实(shí)质(zhì)性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高(gāo)的(de)探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据(j鹅颈藤壶是什么东西，鹅颈藤壶多少钱一斤ù)收(shōu)集，人(rén)们发(fā)现了(le)一个有趣的事情。探测(cè)率会在每(měi)年的(de)6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这可能(néng)是人类发(fā)现暗物质的第一(yī)个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的(de)年度信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河系进行移动(dòng)，那么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味(wèi)着我们(men)也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有(yǒu)半年(nián)的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河(hé)系的平面(miàn)呈现了(le)60度的倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用来解释(shì)，研(yán)究人(rén)员(yuán)们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚(shèn)至连意大(dà)利(lì)游客的数量也符合(hé)这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们(men)又在南(nán)半球建立了一个(gè)几乎(hū)相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特(tè)征和(hé)第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同(tóng)的信(xìn)号(hào)，就可(kě)以成(chéng)为暗(àn)物质所(suǒ)存在的(de)非常有力(lì)的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法提供相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关键的(de)用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我们只能(néng)拭(shì)目(mù)以待(dài)了。费米实验室(shì)粒子(zi)天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特(tè)芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可(kě)能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当(dāng)中生命(mìng)的诞生，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(yī)步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前(qián)提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质(zhì)存(cún)在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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