宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有发现任何的(de)有效证据。除了(le)一个(gè)地(dì)方，在1687年出版的(de)自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的(de)规(guī)律。往后(hòu)的(de)几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了(le)海王星的(de)存在(zài)。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发现都(dōu)是(shì)应用万有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些(xiē)发现都是(shì)在恒(héng)星(xīng)系统的(de)尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们上(shàng)升作风建设包括哪些方面问题，机关作风建设包括哪些方面(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究和测量(liàng)后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是一个由数(shù)千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结(jié)果一致，就可(kě)以确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需(xū)要(yào)的数据是(shì)测量(liàng)各个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的(de)计算，是(shì)利用光(guāng)谱红移(yí)测(cè)量(liàng)星系(xì)团中的各个(gè)星系相(xiāng)对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果出(chū)来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的(de)质量消(xiāo)失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测(cè)量速(sù)度的过(guò)程中，兹(zī)威基发现星系(xì)团中很多星系的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的(de)运行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是他们观(guān)测的结果却让人感到(dào)不可(kě)思议(yì)。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋(xuán)转速度(dù)几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星(xīng)系当中(zhōng)如(rú)果(guǒ)没有足够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基(jī)于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对标准的(de)方法来解释暗(àn)物质的存在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入(rù)其中。

于是科学(xué)家们通过(guò)射(shè)电望远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中心更远距离的(de)氢元素(sù)，发(fā)现它们(men)的旋转速(sù)度并不(bù)符(fú)合(hé)牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银河系的(de)第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系(xì)旋转，这个实(shí)际速度(dù)远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可(kě)能就(jiù)是存在(zài)着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据(jù)星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估(gū)算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解(jiě)释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的研(yán)究(jiū)当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会(huì)出现速度(dù)上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了(le)一(yī)个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银(yín)河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物(wù)质(zhì)和力学定律来解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的(de)另一个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象(xiàng)的除了(le)暗(àn)物质的假说之外，另一(yī)种可(kě)能就(jiù)是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不(bù)够全面，引力很可能(néng)在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工(gōng)作(zuò)方式(shì)是不(bù)同的，这意(yì)味着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是(shì)在数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨(jù)大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们(men)需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很(hěn)多人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的(de)其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致(zhì)温度的(de)急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的质量将(jiāng)位于所有这些(xiē)气(qì)体所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量区域(yù)到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看(kàn)到很多星系似(shì)乎(hū)被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上的(de)观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系(xì)的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力(lì)透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大(dà)的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人们(men)对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的(de)大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量(liàng)气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接(jiē)通过(guò)了(le)这个区域，并在(zài)两边(biān)形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为是暗(àn)物质存在的(de)迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上(shàng)留下(xià)了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的(de)部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的(de)温差只(zhǐ)有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们通过对前景背景分离后的(de)二值图(tú)像进行(xíng)连通域(yù)提取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该(gāi)是这(zhè)样的(de)，而随(suí)着(zhe)暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值的幅度(dù)会(huì)减(jiǎn)小，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配(pèi)宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我们需(xū)要的(de)暗物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质(zhì)比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它(tā)们(men)不参(cān)与任何其他的(de)电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经(jīng)提出了数十(shí)种的假想目(mù)标，而(ér)要寻找这些不(bù)同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不(bù)会(huì)与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没(méi)有任何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地(dì)下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的(de)探测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质粒(lì)子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科学家声称观(guān)测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过(guò)了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在(zài)20年当中每年(nián)都是一样。一些科(kē)学家认为这(zhè)可能(néng)是人(rén)类发现暗(àn)物质的第(dì)一个直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产(chǎn)生(shēng)周(zhōu)期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存(cún)在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流(liú)，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环(huán)绕银河系的方向是(shì)一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到(dào)完(wán)全一致(zhì)，这是(shì)理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太(tài)阳系(xì)相对银河(hé)系的(de)平(píng)面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可(kě)以用来(lái)解释(shì)，研究人员们(men)所观测到(dào)的周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的(de)数量(liàng)也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了(le)一个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的(de)季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运(yùn)动特(tè)征和(hé)第一个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这(zhè)里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的(de)非(fēi)常有力(lì)的证据了。但(dàn)是(shì)由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法提供(gōng)相应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关键的用途(tú)就是探(tàn)索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意(yì)味(wèi)着人类(lèi)并不孤单(dān)呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落的(de)行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创(chuàng)造(zào)生(shēng)命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大(dà)前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的(de)实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动力！

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