宇宙是“人为制造”的(de)？为何(hé)会存(cún)在科学无(wú)法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然(rán)哲学数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的(de)规律。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文学家们(men)发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异(yì)常(cháng)，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的(de)天体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它(tā)的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推算并且(qiě)发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成就的例子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们(men)上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究和测量后(hòu)发(fā)星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测(cè)量星系团(tuán)的(de)质量一般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其(qí)质量的范围(wéi)。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系(xì)团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质量消失了(le)，或(huò)者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们(men)早就应(yīng)该被抛出(chū)星(xīng)系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了这样(yàng)部(bù)分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人(rén)们对这样的一种说法不(bù)屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再一次出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在其(qí)轨(guǐ)道(dào)上的(de)运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但是(shì)他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可(kě)思议。

随着与中(zhōng)心距离的(de)增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的(de)万有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果没有足(zú)够大的(de)质(zhì)量来(lái)吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家(jiā)们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距(jù)离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射(shè)电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛(niú)顿(dùn)的力(lì)学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河(hé)系(xì)的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太(tài)阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么产生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速度的原(yuán)因很(hěn)可能就是(shì)存在着一种我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚集在了(le)一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越来越(yuè)多的研(yán)究人(rén)员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存在。科(kē)学家根(gēn)据(jù)星系(xì)外恒星轨道的(de)速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质(zhì)量(liàng)占整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个(gè)现(xiàn)象的(de)原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现了(le)一(yī)个反(fǎn)常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和(hé)银河系不多，但是(shì)星系(xì)当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系的(de)千分之(zhī)一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)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(wù)质，已经被附近的(de)另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可能(néng)在不同(tóng)尺度空(kōng)间(jiān)中的工作方式是不同的，这(zhè)意(yì)味着在(zài)行星系尺度(dù)中的(de)天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式(shì)运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相互(hù)作用则(zé)是(shì)不同(tóng)的方(fāng)式。对(duì)于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的质量之间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我们(men)需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是(shì)在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其他(tā)的理论证据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)，类(lèi)似(shì)这样的(de)星团，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会导致(zhì)温度的急(jí)剧升高，速(sù)度(dù)大(dà)幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团(tuán)大部分的质量(liàng)将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集中在(zài)中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明显地(dì)看到很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了巨(jù)大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球上的(de)观测者之间(jiān)。被一个质量超级(jí)巨大(dà)的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大(dà)质(zhì)量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就(jiù)是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大(dà)的(de)天体(tǐ)可能是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它的大质量(liàng)区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)研(yán)究也(yě)被认为是暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为止最(zuì)好的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的微波(bō)辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们(men)之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该(gāi)是(shì)这样的，而随(suí)着暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我们(men)需要的暗(àn)物质大约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们(men)不参(cān)与(yǔ)任何其他的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学(xué)家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方式也不(bù)相同。在过(guò)去的(de)几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物(wù)质相互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们(men)已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却没有任何(hé)实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上(shàng)最大(dà)的地(dì)学实验室(shì)，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到了(le)某种(zhǒng)信(xìn)号。经(jīng)过(guò)了(le)20多年的(de)数(shù)据(jù)收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家(jiā)认为这可(kě)能是人类(lèi)发现暗物(wù)质的第(dì)一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物(wù)质会(huì)产(chǎn)生周期性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着(zhe)银河系(xì)进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到(dào)了(le)最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不(bù)影(yǐng)响这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认为这可以(yǐ)用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也(yě)可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的(de)差异也可能(né为什么复兴号很少人买ng)是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科学(xué)家们又在南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季节与之前(qián)的(de)实验室(shì)正好相反，而(ér)在(zài)这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到(dào)相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常(cháng)为什么复兴号很少人买有(yǒu)力的(de)证据了。但是由于(yú)这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还(hái)无法提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关(guān)键(jiàn)的(de)用途就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可(kě)能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一(yī)步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前提是要(yào)先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到底存不存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是(shì)我更(gèng)新的动力！

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