宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会(huì)存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中进行了(le)超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一(yī)书(shū)中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的(de)规(guī)律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发(fā)现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出(chū)现异常，不符(fú)合万有引力定律的(de)时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知的(de)天(tiān)体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发(fā)现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应(yīng)用万有引力(lì)定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文成(chéng)就的例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系或者(zhě)是(shì)星团的(de)尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和测量(liàng)后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚在一(yī)起。测量星系团的(de)质量一般会使用(yòng)到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一致，就可以确(què)定其质量的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的数据是测(cè)量各个(gè)星系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运(yùn)动速(sù)度。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这(zhè)意(yì)味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的(de)是，在测(cè)量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比(bǐ)理论上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无(wú)法将(jiāng)它(tā)们(men)束(shù)缚(fù)在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力(lì)量(liàng)来源于某(mǒu为什么梅西的人缘远比c罗好)种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹(zī)维(wéi)基提出了(le)这(zhè)样(yàng)部分(fēn)不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不(bù)发(fā)散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的(de)人们对这样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一(yī)次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观(guān)测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们观测的结(jié)果却让人感到(dào)不可(kě)思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相对(duì)标准的方法(fǎ)来解释暗物(wù)质的存在，这种(z为什么梅西的人缘远比c罗好hǒng)方法(fǎ)就(jiù)是测(cè)量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度(dù)。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就认为是(shì)由暗物质的力(lì)量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿(dùn)的力(lì)学(xué)定律。我们的太阳系(xì)也不(bù)例外，太(tài)阳(yáng)系位(wèi)于(yú)银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系(xì)的运行速度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个实(shí)际速度远远大(dà)于理论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心(xīn)加速(sù)度(dù)的原(yuán)因(yīn)很可能(néng)就是存在(zài)着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些(xiē)暗物(wù)质的引力效应将星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的(de)研究人(rén)员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外(wài)恒星轨道的速度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的微小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒(héng)星(xīng)数量却(què)只(zhǐ)有银河系(xì)的(de)千分之一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系(xì)必(bì)须(xū)存在(zài)暗(àn)物质，否(fǒu)则(zé)就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量之后(hòu)，发现星系中的恒星(xīng)运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和力学定(dìng)律来解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出(chū)，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的(de)另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没(méi)有任(rèn)何星系存在。造成这(zhè)些现象的除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另一种可能(néng)就是人(rén)类(lèi)对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间(jiān)中的(de)工(gōng)作方(fāng)式是(shì)不同的(de)，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味着我们(men)需要对现(xiàn)在的(de)物(wù)理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在(zài)的(de)其他的理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作(zuò)用就会(huì)导致(zhì)温度的急剧升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的(de)质(zhì)量将(jiāng)位于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并(bìng)不是(shì)真的(de)被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体和我们地球(qiú)上(shàng)的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量(liàng)的(de)东西(xī)的引力(lì)，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系的(de)光都发(fā)生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大(dà)质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区(qū)域并不是在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过了(le)这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为(wèi)止(zhǐ)最好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了(le)各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其(qí)中红色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们通过(guò)对前(qián)景背景分(fēn)离后的(de)二值图像进行连(lián)通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是(shì)这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅(fú)度会减小，才(cái)变得(dé)看起(qǐ)来“和(hé)谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒(héng)星(xīng)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(gè)简单的理论框架，就很好地解释了(le)很多不同(tóng)的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们(men)不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到(dào)这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什(shén)么(me)？科学家(jiā)们已经(jīng)提出(chū)了数(shù)十(shí)种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的实(shí)验方式(shì)也不(bù)相同。在过去(qù)的(de)几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会(huì)与常规物质相互作用的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”，科学家们已经进行了(le)超(chāo)过50次(cì)的实验，却没(méi)有任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除(chú)了一个(gè)地方，意(yì)大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的(de)地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地(dì)学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期(qī)性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了(le)20多(duō)年(nián)的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣(qù)的事(shì)情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年(nián)都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银(yín)河系进(jìn)行移动，那么(me)如果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一(yī)致(zhì)的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月(yuè)份(fèn)的(de)时(shí)候，地球与太(tài)阳的(de)方向正好(hǎo)达到(dào)完(wán)全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的(de)时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河(hé)系(xì)的平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可以用来解释(shì)，研究(jiū)人员(yuán)们(men)所(suǒ)观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号的(de)差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客的(de)数量也符合这个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立(lì)了(le)一个(gè)几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与(yǔ)之前的实(shí)验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可以得到(dào)相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据(jù)了(le)。但是由(yóu)于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建(jiàn)成(chéng)不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视(shì)野是(shì)哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途(tú)就(jiù)是(shì)探索暗(àn)物质背后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待(dài)了(le)。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的(de)效(xiào)应，这种暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命(mìng)进(jìn)化(huà)的一个重要(yào)因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗(àn)物(wù)质(zhì)正在通(tōng)过这(zhè)样的效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这些推论的(de)大(dà)前提是(shì)要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更新的动力(lì)！

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