宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在(zài)的(de)证(zhèng)据，科学家们在过去的几(jǐ)十年(nián)当中进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是却没(méi)有发(fā)现任何(hé)的有(yǒu)效(xiào)证据(jù)。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时(shí)候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异(yì)常(cháng)，推(tuī)算并且发现了(le)海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当我们(men)上(shàng)升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测(cè)量(liàng)后发星系团的(de)质量。这是一个由数(shù)千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测(cè)量(liàng)星系团的质量(liàng)一(yī)般会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就(jiù)可以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利(lì)用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当(dāng)测(cè)量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发(fā)现星系(xì)团中很多(duō)星系的(de)速(sù)度比理论上(shàng)要快得(dé)多(duō)，按照牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠这些可(kě)见星扶大厦之将倾全诗解释，扶大厦之将倾 挽狂澜于既倒原文系的(de)质(zhì)量所产生的引力是(shì)无(wú)法将它们束缚在(zài)星(xīng)系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种力(lì)量(liàng)来(lái)源(yuán)于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了(le)这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们(men)却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们(men)对这(zhè)样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心(xīn)越远的(de)恒星在其轨道上的运(yùn)行速(sù)度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在(zài)星系(xì)当中如果没(méi)有(yǒu)足够大(dà)的(de)质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一(yī)种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星(xīng)系中心的距(jù)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(rèn)为(wèi)是由暗物质的力(lì)量进入(rù)其中。

于是科(kē)学家们通(tōng)过射电望远镜测量了(le)距离星系中心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们(men)的太阳系也不例外(wài)，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的(de)第(dì)三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实(shí)际速度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原(yuán)因很可能就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的(de)物质，是(shì)这(zhè)些暗物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是(shì)从这(zhè)时(shí)开(kāi)始，越来(lái)越多的研究(jiū)人(rén)员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家根(gēn)据(jù)星系外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个(gè)反常的星(xīng)系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿(yì)光(guāng)年(nián)，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的详细测(cè)量之后，发(fā)现星系(xì)中的恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来(lái)解释的。那么(me)又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象(xiàng)的(de)除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式(shì)是不同(tóng)的，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的(de)方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作(zuò)用(yòng)则(zé)是不同的方式。对(duì)于(yú)在星系(xì)团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模(mó)上，巨大的(de)质(zhì)量之间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊(shū)的效果(guǒ)，这个(gè)理(lǐ)论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意味着我们需要(yào)对现在的(de)物理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多(duō)人(rén)认为暗(àn)物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当(dāng)中还(hái)有关于(yú)暗物(wù)质存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这(zhè)些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理论所没(méi)法解释的“引力(lì)透(tòu)镜(jìng)”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿(yì)光(guāng)年的子(zi)弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它们大(dà)部(bù)分的普通质量(liàng)都(dōu)在星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际(jì)气(qì)体的相互作用就会导(dǎo)致温度(dù)的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将(jiāng)位于所有这(zhè)些气体所在(zài)的中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的(de)质量(liàng)区域(yù)到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照(zhào)片中我们可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多(duō)星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星(xīng)系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么(me)问题，而是(shì)这(zhè)样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和(hé)我们(men)地球(qiú)上的(de)观测者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的东西的(de)引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现(xiàn)象就(jiù)是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大(dà)的天体可(kě)能(néng)是超大(dà)质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以当人们对(duì)子弹星系(xì)团(tuán)观(guān)测的时(shí)候，发(fā)现它(tā)的大(dà)质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就(jiù)是当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有来自(zì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留下了(le)各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示(shì)温(wēn)度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它们(men)之间(jiān)的温差(chà)只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们通过对(duì)前景背(bèi)景分离(lí)后的二值图像进行连通域(yù)提取和(hé)标(biāo)记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的(de)增加，一(yī)些(xiē)峰值的(de)幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比(bǐ)例是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用(yòng)了一(yī)个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很多不同的观(guān)测结(jié)果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存(cún)在着某种类型的(de)粒(lì)子，它(tā)们不参与(yǔ)任何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互(hù)作用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找到了暗物(wù)质存(cún)在(zài)的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到底是什么(me)？科学家们已经提出(chū)了数十种的(de)假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式(shì)也(yě)不相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年当中，人类(lèi)为了(le)寻找这些(xiē)看(kàn)不见(jiàn)、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常规物(wù)质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发(fā)现(xiàn)，除了(le)一(yī)个(gè)地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米(mǐ)处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的(de)科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人(rén)们(men)发(fā)现了一个有趣(qù)的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗(àn)物(wù)质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么(me)如果暗(àn)物质存在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们也(yě)在以这样的(de)速(sù)度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕(rào)银河系的方(fāng)向是(shì)一致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质(zhì)流最快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科(kē)学家(jiā)认(rèn)为这可以用来解释，研(yán)究人员们所观(guān)测(cè)到(dào)的周期性信号。当然也可(kě)能有其他(tā)的情况，造(zào)成这种年度周期(qī)信号(hào)的差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度(dù)、土(tǔ)壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游(yóu)客的数量也(yě)符合这(zhè)个周期的(de)规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了(le)一个(gè)几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有力的(de)证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法提供相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的(de)宽视场仪器(qì)提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一个关(guān)键的用途(tú)就是探索暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的(de)科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的(de)诞生，或者说是生命进化的一(yī)个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的(de)证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会意(yì)味着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些(xiē)推论(lùn)的大前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是我更新的(de)动力！

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