宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何会存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学(xué)家们在过去的(de)几十(shí)年当中进行了(le)超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但是却没有发现任(rèn)何的有效(xiào)证据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道的异常(cháng)，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王(wáng)星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取得重大天文成就(jiù)的例子(zi)。但是这些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当中，可当我们(men)上(shàng)升到(dào)星系或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究和(hé)测量后发星系团的(de)质量。这是一(yī)个由数(shù)千个(gè)星(xīng)系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种是动力学(xué)质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的运动速(sù)度(dù)。当测量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形(xíng)式所存在(zài)，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现(xiàn)星(xīng)系团(tuán)中很(hěn)多星系的速度比理论(lùn)上(shàng)要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿(dùn)的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的(de)质(zhì)量所产生的(de)引力是(shì)无法将它们束(shù)缚在星系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的(de)力量在起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此，兹(zī)维(wéi)基(jī)提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星(xīng)在其(qí)轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却(què)让(ràng)人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛(niú)顿的(de)万(wàn)有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的(de)质量(liàng)来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这(zhè)种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方(fāng)法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星系(xì)当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如(rú)果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的(de)力(lì)量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们的(de)太阳(yáng)系(xì)也不(bù)例外，太阳系(xì)位(wèi)于银(yín)河系(xì)的(de)第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速(sù)度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度远远大(dà)于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的(de)原(yuán)因很可(kě)能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的(de)物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是从(cóng)这时(shí)开始，越(yuè)来(lái)越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据(jù)星系外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算在星系当中暗(àn)物(wù)质的(de)质(zhì)量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可以解释这(zhè)个(gè)现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒(héng)星之(zhī)间(jiān)，也会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异(yì)。另(lìng)外，天文学家还发现(xiàn)了(le)一个反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这些现象的(de)除了暗物质的假说之(zhī)外(wài)，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在(zài)不同尺度空间中的(de)工(gōng)作方式(shì)是不(bù)同的，这意味着在(zài)行(xíng)星系(xì)尺度中的天体会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照(zhào)我们(men)所理(lǐ)解的(de)方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在(zài)星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入(rù)了(le)外部场效应的概念(niàn)，指的(de)是在数百万光(guāng)年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需(xū)要(yào)对现在的物(wù)理定(dìng)律进(jìn)行修正(zhèng)，这(zhè)些发(fā)现也让(ràng)很多(duō)人认为暗(àn)物质(zhì)假说理(lǐ)论就此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是(shì)蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大(dà)部(bù)分的普通质(zhì)量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际(jì)气体的相互作(zuò)用就会导致温度(dù)的(de)急(jí)剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所(suǒ)在的(de)中间区(qū)域(yù)。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第(dì)一张(zhāng)全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可(kě)以明(míng)显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了(le)巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而(ér)是这(zhè)样(yàng)极遥(yáo)远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级(jí)巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东西(xī)的(de)引力(lì)，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜(jìng)效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对子弹星(xīng)系团观测(cè)的时候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区域(yù)并不是(shì)在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的(de)解释方法就(jiù)是当星团(tuán)发生全部的(de)碰撞时(shí)，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区(qū)域(yù)，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗物(wù)质存在的迄今(jīn)为止最(zuì)好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开prepare的名词形式是什么，prepare的名词形式可数吗(kāi)始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之(zhī)间(jiān)的温差(chà)只有万(wàn)分(fēn)之(zhī)一。

科(kē)学家们(men)通过对前景背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的(de)幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背(bèi)景辐(fú)射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数字(zì)与解释(shì)星(xīng)系当中恒星运动(dòng)所需要的(de)暗物质比例是一(yī)致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到(dào)这种粒子的(de)存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是(shì)什(shén)么(me)？科学家们(men)已经(jīng)提出(chū)了数十(shí)种的(de)假想目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同的(de)目标(biāo)粒子所需要的实验(yàn)方(fāng)式也(yě)不(bù)相同。在过去的几十(shí)年(nián)当中，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了(le)超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一(yī)个(gè)地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的(de)地学(xué)实验室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年(nián)以来(lái)，这里的科学家声称观(guān)测(cè)到了某种信号。经过了20多年的(de)数据(jù)收(shōu)集，人(rén)们(men)发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的(de)6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年(nián)都(dōu)是(shì)一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗(àn)物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢(ne)？刚(gāng)才我(wǒ)们(men)讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河(hé)系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的(de)时间，地球围(wéi)绕(rào)太(tài)阳的(de)方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是(shì)一致(zhì)的，而另外(wài)半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达(dá)到完(wán)全一致(zhì)，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对(duì)银(yín)河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这(zhè)种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差异也(yě)可能是(shì)温(wēn)度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游客(kè)的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在南半(bàn)球建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的(de)季节与之前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有力(lì)的证(zhèng)据了。但是由于这个(gè)实(shí)验(yàn)室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其(qí)中(zhōng)一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论得到(dào)进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落(luò)的行星上(shàng)，暗(àn)物(wù)质正在通过(guò)这样的效应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的(de)大(dà)前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实(shí)际证据(jù)。那么(me)小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在(zài)呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支(zhī)持(chí)是我更新的动力！

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