宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了(le)一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几(jǐ)百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会(huì)知道(dào)，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天体通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且发(fā)现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的(de)发现都是(shì)应(yīng)用万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正在研究和(hé)测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这些星系(xì)被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质(zhì)量(liàng)一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确定其(qí)质量(liàng)的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各(gè)个星系相对于星系(xì)团的运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质(zhì)量并不以可见光的形式(shì)所存(cún)在(zài)，我们无(wú)法(fǎ)看到(dào)。最(zuì)诡异(yì)的(de)是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基(jī)发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的速度(dù)比理论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生(shēng)的引力是无法将(jiāng)它们(men)束(shù)缚在(zài)星系团(tuán)内的，它(tā)们(men)早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘(mì)的力量(liàng)在(zài)起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了(le)这样(yàng)部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据(jù)着(zhe)宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女座星系(xì)中的恒(héng)星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大(dà)的质(zhì)量(liàng)来(lái)吸引它们(men)，这些外围的恒(héng)星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科(kē)学家们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准的方法(fǎ)来解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量星系(xì)当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质的(de)力(lì)量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电(diàn)望远镜测量(liàng)了(le)距离(lí)星系中心更(gèng)远距(jù)离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速(sù)度远远大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这(zhè)种(zhǒng)向(xiàng)心加速(sù)度的(de)原因(yīn)很(hěn)可能(néng)就是存在着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力(lì)效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究(jiū)人员开(kāi)始相信(xìn)暗物质的(de)存在。科(kē)学家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释(shì)这个(gè)现象的原因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学家们发现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文(wén)学家还发现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却(què)只有银(yín)河(hé)系的千分(fēn)之一(yī)。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存(cún)在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜对(duì)其进行了40个小时(shí)的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用(yòng)正常的物质和力(lì)学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另(lìng)一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近(jìn)没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说(shuō)之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能(néng)就是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不(bù)同(tóng)尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的(de)方(fāng)式(shì)运动。但(dàn)是上(shàng)升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之间的相互(hù)作用(yòng)则(zé)是(shì)不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互(hù)作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部(bù)场效(xiào)应的概念，指的是在(zài)数百万光(guāng)年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之间会(huì)产生对彼(bǐ)此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味着我们需要(yào)对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这些发现也(yě)让很(hěn)多人认为暗(àn)物(wù)质假说理(lǐ)论就(jiù)此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在(zài)的其他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通(tōng)质量(liàng)都在星(xīng)系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的(de)相互(hù)作用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的(de)质量将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区(qū)域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的(de)质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当(dāng)中第(dì)一张全彩的高清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的(de)观测者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西的引力，会(huì)使身(shēn)后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团(tuán)发生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到(dào)的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)研(yán)究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的(de)理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿(yì)年之后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景上(shàng)留下了(le)各相(xiāng)同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区(qū)域(yù)，但(dàn)实(shí)际上它们(men)之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前(qián)景背景分离后的二(èr)值(zhí)图像进(jìn)行连通域提取和标记之(zhī)后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增加，一(yī)些峰值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们需(xū)要(yào)的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字(zì)与解(jiě)释(shì)星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是一致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释了(le)很(hěn)多不(bù)同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在(zài)着某种类(lèi)型的粒子，它们(men)不参与(yǔ)任何其(qí)他的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的(de)实际证据(jù)。这种粒(lì)子到底是(shì)什(shén)么(me)？科学家们已经提出了(le)数十(shí)种的(de)假想目(mù)标，而要(yào)寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的实(shí)验方式也不相(xiāng)同。在过(guò)去(qù)的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行大闸蟹几月份开始上市，大闸蟹几月份最好吃了(le)超过50次的(de)实验，却没(méi)有(yǒu)任何(hé)实质(zhì)性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学(xué)实验(yàn)室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子(zi)的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年(nián)的数据收集(jí)，人(rén)们发(fā)现了(le)一个有趣的(de)事情。探测率会在每(měi)年的6月(yuè)份(fèn)达(dá)到峰值，然后(hòu)在(zài)11月(yuè)降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为这(zhè)可能是人(rén)类发现暗物质的第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物(wù)质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系(xì)正在以220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河系(xì)进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会(huì)产(chǎn)生(shēng)相(xiāng)应的(de)振荡(dàng)，同(tóng)时(shí)地(dì)球(qiú)又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际(jì)的情况中(zhōng)，太(tài)阳(yáng)系(xì)相对(duì)银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的(de)倾斜(xié)，但是这(zhè)并(bìng)不影(yǐng)响这个理论的(de)有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为(wèi)这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人(rén)员们所观测到的周期性(xìng)信(xìn)号(hào)。当然也可(kě)能(néng)有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号的差(chà)异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们(men)又在南(nán)半球建立了一个几乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的季(jì)节与之前(qián)的实验室正好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动特征和第一个(gè)实验室(shì)是(shì)一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存(cún)在(zài)的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实(shí)验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜其中一个(gè)关(guān)键的用途就是探索暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对于探测的(de)结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的(de)科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的(de)效应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一(yī)理(lǐ)论得(dé)到(dào)进(jìn)一步(bù)的证实，那么(me)遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落(luò)的(de)行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的大前(qián)提是要先(xiān)找到(dào)暗物质(zhì)存在(zài)的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到(dào)底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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