宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来，当天(tiān)文学家(jiā)们(men)发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们(men)就(jiù)会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道(dào)的(de)异常，推算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的(de)例子。但是(shì)这(zhè)些发现都是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士(shì)的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在(zài)研究和(hé)测(cè)量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数(shù)千个(gè)星系所组成的(de)巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度学的(de)质(zhì)量"，需要的数(shù)据(jù)是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测(cè)量(liàng)星系团(tuán)中的各(gè)个星系相对(duì)于星系团的运(yùn)动速度(dù)。当(dāng)测量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的(de)引(yǐn)力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大(dà)部分的质量。只是(shì)当时的(de)人们对这样的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个(gè)词(cí)才再一次(cì)出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距(jù)离(lí)中心(xīn)越(yuè)远(yuǎn)的恒(héng)星在其(qí)轨道上的运行速(sù)度就会越慢(màn)。但(dàn)是他(tā)们观测的结(jié)果却让(ràng)人感到不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方法来(lái)解释暗物质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异(yì)常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系(xì)中心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们的(de)旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不(bù)例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速(sù)度远远大于理论速度(dù)，那(nà)么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因很可(kě)能(néng)就是存在着一种我们(men)看(kàn)不到(dào)的(de)物(wù)质，是这些(xiē)暗物(wù)质的引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质(zhì)的(de)存在。科学(xué)家根据星系(xì)外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解(jiě)释这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的(de)研(yán)究当中，科学(xué)家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微(wēi)小(xiǎo)差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河(hé)系(xì)不(bù)多，但是(shì)星系当(dāng)中存在的(de)恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可(kě)以用正常的物(wù)质(zhì)和力学(xué)定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星系(xì)存(cún)在(zài)。造成(chéng)这些现象的除了(le)暗物(wù)质(zhì)的假说之外，另一种(zhǒng)可能(néng)就(jiù)是人类对引力的(de)理(lǐ)解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可(kě)能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不(bù)同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之(zhī)间的(de)相互作用则是不同(tóng)的方式(shì)。对(duì)于在星(xīng)系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大(dà)的(de)质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成立故意不接电话说明什么，女人不接电话暗示什么，这意(yì)味着我们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人(rén)认为暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他(tā)的理论证据，这(zhè)些(xiē)理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这(zhè)样的(de)星团，它们大部(bù)分的普通质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互(hù)作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这(zhè)些气体(tǐ)所在(zài)的中间区域。那么(me)我们通过什么来(lái)验证它的质量区(qū)域到(dào)底(dǐ)是不(bù)是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到(dào)很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲(qū)了，也(yě)不是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间(jiān)。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生了(le)扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大(dà)的天体可能(néng)是超大(dà)质量的(de)黑(hēi)洞或者是(shì)暗(àn)物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系团观(guān)测(cè)的时(shí)候(hòu)，发(fā)现它(tā)的大质(zhì)量区域并(bìng)不是在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所以最好的(de)解释(shì)方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了这个区域，并在两边(biān)形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有(yǒu)来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色(sè)则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温差(chà)只有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景(jǐng)背(bèi)景(jǐng)分离后(hòu)的二值图像进行连通域(yù)提取和标记之(zhī)后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这(zhè)样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的测量(liàng)值，我(wǒ)们需(xū)要(yào)的(de)暗物质大约(yuē)是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒(héng)星(xīng)运(yùn)动所需要的(de)暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单(dān)的理论框架，就(jiù)很好地解释(shì)了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的(de)粒(lì)子(zi)，它们不参与任何(hé)其(qí)他的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引力来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所需(xū)要(yào)的实验方式也(yě)不相同(tóng)。在(zài)过(guò)去的几十(shí)年当(dāng)中，人(rén)类为了寻(xún)找这些看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质(zhì)相互(hù)作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的(de)发现，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒子(zi)的(de)周(zhōu)期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过(guò)了20多(duō)年的数据收集，人(rén)们发现(xiàn)了(le)一个(gè)有趣的事情。探测率会在每(měi)年故意不接电话说明什么，女人不接电话暗示什么的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样(yàng)。一(yī)些(xiē)科学(xué)家认为这可(kě)能是人类发现暗(àn)物质的(de)第一(yī)个(gè)直接证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会产生周期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我们(men)讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进(jìn)行移动，那(nà)么如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这(zhè)样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球又以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，地球围绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银(yín)河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流(liú)最快的时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在(zài)实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对(duì)银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可(kě)以用来解释，研究人员(yuán)们(men)所观测(cè)到(dào)的周期性信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年(nián)度周期(qī)信号(hào)的(de)差(chà)异(yì)也可(kě)能是温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在(zài)南半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎(hū)相同的(de)实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的(de)运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如(rú)果在这里(lǐ)可以得到相同的(de)信号，就可(kě)以成为(wèi)暗(àn)物质所(suǒ)存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前(qián)还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜(jìng)，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途(tú)就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体(tǐ)物(wù)理中心的(de)科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物(wù)质存在(zài)，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的(de)一个(gè)重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一(yī)步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个(gè)角落的(de)行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推(tuī)论(lùn)的(de)大前提是要(yào)先找到暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新的动力！

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