宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们在过去(qù)的(de)几十年当中进(jìn)行了超过50次(cì)的长期实(shí)验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的2024年房价会继续下跌吗自然(rán)哲学数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃(āi)萨克(kè)牛(niú)顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了(le)宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天(tiān)文学家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都(dōu)是应(yīng)用万(wàn)有引力(lì)定律所取得重(zhòng)大天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们上升到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后(hòu)发星(xīng)系团的质量。这(zhè)是(shì)一个由数千(qiān)个(gè)星系所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系(xì)被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

第(dì)一种是获得其"光度(dù)学的(de)质(zhì)量"，需要的(de)数(shù)据是测(cè)量各个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是动力学质(zhì)量(liàng)的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各(gè)个星系(xì)相对于星系(xì)团(tuán)的运动(dòng)速(sù)度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度(dù)学质(zhì)量(liàng)”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学(xué)定(dìng)律，仅(jǐn)靠(kào)这(zhè)些可见星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射(shè)光，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)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顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上(shàng)来说，距(jù)离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结(jié)果却让(ràng)人感到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒(héng)星早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种现象，科学家们(men)会(huì)使(shǐ)用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法就(jiù)是(shì)测量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系(xì)中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心(xīn)更(gèng)远距离的氢元素，发现它们(men)的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符(fú)合牛顿的(de)力(lì)学定律。我们(men)的太(tài)阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系的(de)运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就(jiù)是存在着一种我们看不到(dào)的(de)物(wù)质(zhì)，是这些暗物(wù)质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人(rén)员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物(wù)质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在一项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现(xiàn)速度(dù)上的(de)微小差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了一个(gè)反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不(bù)多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却只有银河(hé)系的千分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使(shǐ)用(yòng)最先(xiān)进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时(shí)的详细(xì)测量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动(dòng)是(shì)可(kě)以用正常的物(wù)质和力学(xué)定律来解释的。那么又有人(rén)提(tí)出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存(cún)在。造(zào)成(chéng)这些现(xiàn)象的除(chú)了暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间(jiān)中的(de)工作方式是不同的，这意(yì)味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是(shì)上升到(dào)星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的(de)相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了(le)外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大(dà)的质量(liàng)之间会产生(shēng)对(duì)彼(bǐ)此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对(duì)现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的(de)星团，它们(men)大(dà)部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那(nà)么我们通过什么(me)来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候，发现它的(de)大质(zhì)量区域(yù)并不是在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方法就是当星团发生全部(bù)的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接(jiē)通(tōng)过了这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力(lì)透(tòu)镜研究也被认为是(shì)暗物质存在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外(wài)，还有(yǒu)来(lái)自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可(kě)以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下(xià)了各(gè)相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较冷的区(qū)域(yù)，但(dàn)实(shí)际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们(men)通(tōng)过对前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二值(zhí)图(tú)像进行连通(tōng)域提取和标记之(zhī)后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们(men)需要(yào)的暗物(wù)质大(dà)约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要(yào)的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒(lì)子，它们(men)不参(cān)与(yǔ)任何(hé)其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所(suǒ)以如(rú)果能够找到(dào)这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出(chū)了(le)数十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找这(zhè)些不(bù)同(tóng)的(de)目标粒子所(suǒ)需要(yào)的(de)实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进(jìn)行(xíng)了超过50次的(de)实验，却没有任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球(qiú)上(shàng)最大的地(dì)学实(shí)验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经(jīng)过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到(dào)峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些科(kē)学家认为(wèi)这可能是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但(dàn)是为什(shén)么(me)暗物质会(huì)产生周(zhōu)期(qī)性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我们也(yě)在以这样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程(chéng)中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环绕银河系(xì)的方向是一致(zhì)的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地(dì)球(qiú)与太阳(yáng)的(de)方向(xiàng)正好达到完(wán)全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期(qī)性信号。当(dāng)然也可能有其他(tā)的(de)情(qíng)况(kuàng)，造(zào)成(chéng)这种年(nián)度周期信(xìn)号的差(chà)异(yì)也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又(yòu)在(zài)南半(bàn)球建立了(le)一个几乎相同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的(de)实验(yàn)室(shì)正好相反，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的(de)数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在(zài)，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进一(yī)步(bù)的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不会(huì)意味着人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过(guò)这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是(shì)我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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