宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存(cún)在的(de)证据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是(shì)却没有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了(le)一个(gè)地方，在1687年出(chū)版的(de)自然(rán)哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有羽生结弦说为什么努力得不到回报，羽生结弦近视多少度引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体(tǐ)运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发(fā)现某些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的(de)天体通过引(yǐn)力在(zài)摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的(de)异常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应(yīng)用万有(yǒu)引力定(dìng)律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发(fā)现都是在恒(héng)星系统的尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星(xīng)系(xì)或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学(xué)家(jiā)弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究和测量后(hòu)发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的(de)质(zhì)量"，需要的数(shù)据是测量各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力(lì)学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系(xì)团中的各个星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了(le)，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质(zhì)量(liàng)消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上(shàng)要快得(dé)多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠(kào)这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生(shēng)的(de)引(yǐn)力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的(de)暗(àn)质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只是当时的(de)人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特(tè)在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行(xíng)速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们(men)观测(cè)的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的(de)增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，在星系(xì)当(dāng)中如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量(liàng)来(lái)吸(xī)引它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学(xué)家们会(huì)使(shǐ)用一种相对标(biāo)准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的(de)力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了(le)距离星系(xì)中(zhōng)心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的(de)太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离(lí)银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远远大于(yú)理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的(de)原因(yīn)很可能(néng)就是存在着一种我们看不(bù)到(dào)的物质，是这(zhè)些暗(àn)物(wù)质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开(kāi)始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在(zài)。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量(liàng)占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在(zài)一(yī)项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们(men)发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力(lì)效应(yīng)的(de)遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速(sù)度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系(xì)不多(duō)，但是星系(xì)当中存在(zài)的恒(héng)星数量却(què)只有银河系的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该(gāi)星(xīng)系必(bì)须(xū)存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科学家们(men)使用最(zuì)先进的望远镜对(duì)其(qí)进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正(zhèng)常的物(wù)质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在(zài)。造成这些现象的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一(yī)种可能就是人(rén)类对(duì)引力的理解(jiě)还(hái)不够(gòu)全(quán)面，引力很可(kě)能在不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的(de)工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运(yùn)动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对(duì)于(yú)在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场效应(yīng)的概念，指的是(shì)在数(shù)百(bǎi)万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需要对(duì)现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为暗物(wù)质假(jiǎ)说(shuō)理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在(zài)的其他(tā)的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星(xīng)系的(de)气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系(xì)团大(dà)部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在(zài)的中间区(qū)域。那么(me)我们通过什么来(lái)验证它的质量(liàng)区域到底是不(bù)是(shì)集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯(sī)韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远羽生结弦说为什么努力得不到回报，羽生结弦近视多少度(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是(shì)这样极遥(yáo)远的(de)天(tiān)体和(hé)我们地球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大(dà)的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质(zhì)量的东(dōng)西的引力(lì)，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系(xì)的(de)光都发(fā)生了扭曲。这个现象就(jiù)是(shì)引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能是超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹星系团(tuán)观(guān)测的时候，发(fā)现它(tā)的大(dà)质量区域并不(bù)是(shì)在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好(hǎo)的解释方(fāng)法就是当星团发生全部的(de)碰(pèng)撞时(shí)，可(kě)被观测到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了(le)中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接(jiē)通过了这个(gè)区(qū)域(yù)，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可(kě)见光(guāng)终于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了各相同性的(de)微波辐射。其(qí)中红(hóng)色的(de)部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的(de)区域(yù)，但实际(jì)上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后的(de)二值图像进行连(lián)通域提取和(hé)标(biāo)记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗(àn)物(wù)质，图形看起来不应该是(shì)这样(yàng)的(de)，而(ér)随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射(shè)的(de)测量(liàng)值，我们(men)需要的暗物(wù)质大(dà)约是普通物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系当中恒(héng)星运动所需(xū)要(yào)的(de)暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了(le)一(yī)个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种类型(xíng)的(de)粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任(rèn)何(hé)其他的(de)电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出(chū)了(le)数十(shí)种的假想目(mù)标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的目标粒子所需要(yào)的实验方(fāng)式(shì)也不(bù)相同。在过去的(de)几十(shí)年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常(cháng)规(guī)物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进(jìn)行了(le)超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意(yì)大利(lì)的(de)格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的地学(xué)实(shí)验(yàn)室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼(lóu)高的(de)探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒(lì)子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的(de)科(kē)学家声称观(guān)测到了某种信号(hào)。经过了20多年(nián)的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测(cè)率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每年都是(shì)一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这可能是(shì)人类(lèi)发现暗物质的第一(yī)个直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物(wù)质会产生周期(qī)性的(de)年度信(xìn)号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速(sù)度(dù)在穿越着暗(àn)物质流(liú)，这个过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一致的(de)，而(ér)另外(wài)半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地(dì)球(qiú)与(yǔ)太阳(yáng)的(de)方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流(liú)最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太(tài)阳系相对(duì)银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不(bù)影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们所观(guān)测到的周期性(xìng)信号(hào)。当然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造(zào)成这种年度周期信号的(de)差异也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的(de)水分(fēn)、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游客的数(shù)量也符合这(zhè)个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一(yī)个(gè)几乎相同的实验室(shì)，这里的季节(jié)与(yǔ)之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗(àn)物(wù)质(zhì)流的(de)运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实(shí)验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的(de)数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的(de)奥秘，对(duì)于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体物(wù)理中心的(de)科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一(yī)种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的(de)行(xíng)星上，暗物质正在通(tōng)过这样(yàng)的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的实(shí)际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持(chí)是(shì)我更新的动力！

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