宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人(rén)类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的(de)长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规(guī)律(lǜ)。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文(wén)学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道(dào)，周围一定有未知的天体通过引力在摄(shè)动(dòng)它(tā)的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都(dōu)是应用万有引力定(dìng)律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就的(de)例子(zi)。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到(dào)星系或者是(shì)星团的(de)尺度，事(shì)情就(jiù)开(kāi)始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个(gè)星系(xì)所组成的巨(jù)大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量(liàng)一般(bān)会使用到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结(jié)果一(yī)致(zhì)，就(jiù)可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光(guāng)度(dù)。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系(xì)团(tuán)中的各个星系(xì)相对于星(xīng)系(xì)团(tuán)的运动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量(liàng)”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形(xíng)式(shì)所存在(zài)，我(wǒ)们(men)无法看到。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度的过(guò)程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的质量所产生(shēng)的引(yǐn)力是(shì)无法将它们束缚在星系(xì)团内的(de)，它们早(zǎo)就(jiù)应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之外了(le)，除非有一(yī)种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的(de)人们对这样的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一(yī)次(cì)出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距离(lí)的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有足够大的(de)质(zhì)量来(lái)吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认(rèn)为是(shì)由(yóu)暗物质的力量进入(rù)其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学(xué)定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系也不例(lì)外(wài)，太(tài)阳系(xì)位于银河系的(de)第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的(de)运行(xíng)速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实际速(sù)度(dù)远(yuǎn)远大(dà)于理(lǐ)论速(sù)度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可能(néng)就是存在(zài)着一种我们看(kàn)不到(dào)的(de)物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的(de)研究人(rén)员开始相信暗(àn)物质的(de)存在(zài)。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度上的微(wēi)小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银河系(xì)不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系(xì)的(de)千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，该星系(xì)必须存(cún)在暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先进的望远镜对其进行了(le)40个小时(shí)的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运(yùn)动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么(me)又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系(xì)的暗(àn)物质，已经(jīng)被附(fù)近的另一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没有任何星系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全(quán)面，引力很可(kě)能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同(tóng)的(de)，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我(wǒ)们(men)所(suǒ)理解的(de)方式(shì)运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系(xì)和星团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相互作用则是不同(tóng)的(de)方式。对于(yú)在星系团(tuán)之间的(de)相互作用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会产生对彼此特殊(shū)的(de)效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意(yì)味着我们需要(yào)对现在的(de)物理定(dìng)律进行(xíng)修(xiū)正，这些发(fā)现也让很多人(rén)认为暗物(wù)质假(jiǎ)说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质(zhì)存在的其他(tā)的(de)理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙(méng)德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的(de)星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大部分(fēn)的(de)普通质(zhì)量都在星系的(de)气体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的(de)质量将位于所有这些气体所(suǒ)在(zài)的中间区域(yù)。那么(me)我们通过什么来验证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的(de)形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了(le)什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)可(kě)能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观(guān)测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透(tòu)镜研(yán)究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示(shì)温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对前(qián)景背(bèi)景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像(xiàng)进行连(lián)通域提取(qǔ)和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这样的(de)，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗(àn)物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字(zì)与解释星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要的暗(àn)物质比例(lì)是一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很多(duō)不同的(de)观测结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家们(men)已经提出(chū)了(le)数十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实(shí)验方式也不相同。在(zài)过去的几十年(nián)当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规(guī)物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了超过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何实质性的(de)发现，除了(le)一个地方，意大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼高的探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测(cè)到了(le)某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到(dào)最(zuì)低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学(xué)家认为这可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周(zhōu)期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动(dòng)，那(nà)么(me)如(rú)果暗(àn)物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着我们(men)也在以(yǐ)这样的速(sù)度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全(quán)一(yī)致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度(dù)的倾斜(xié)，但(dàn)是这(zhè)并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人(rén)员们(men)所(suǒ)观测到的周期(qī)性信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的数量也符(fú)合(hé)这个周期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一(yī)个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相反(早鸟票什么意思 早鸟票是最便宜的吗fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和(hé)第(dì)一个实验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就(jiù)可(kě)以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提(tí)供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫(jiào)做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈(hā)勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒(lì)子天(tiān)体物理中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到(dào)进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质(zhì)正在通(tōng)过(guò)这样的(de)效应(yīng)创(chuàng)造(zào)生命。当(dāng)然(rán)，这些推论(lùn)的(de)大(dà)前(qián)提是(shì)要先找到暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动(dòng)力！

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