宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物质存在的(de)证据(jù)，科学家们(men)在过(guò)去的几十年当中进(jìn)行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任(rèn)何(hé)的有效证(zhèng)据。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动(dòng)的(de)规律。往(wǎng)后(hòu)的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不(bù)符合(hé)万有引力(lì)定律的时候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道(dào)的异常(cháng)，推算并且发(fā)现了(le)海王(wáng)星(xīng)的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的(de)发(fā)现(xiàn)都是(shì)应用(yòng)万(wàn)有引(yǐn)力定律所取得重大天(tiān)文成就的例(lì)子。但是这些(xiē)发(fā)现(xiàn)都是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或(huò)者是(shì)星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在(zài)研究和测(cè)量(liàng)后(hòu)发星系(xì)团(tuán)的质(zhì)量。这是(shì)一个由数(shù)千个星系(xì)所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团，这些星系(xì)被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以确定其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱红(行在姓氏中读什么音，行在姓氏中读什么拼音hóng)移测量(liàng)星系团(tuán)中的(de)各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速(sù)度。当测(cè)量结果出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存在(zài)，我们(men)无(wú)法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的(de)过程(chéng)中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系(xì)的速度比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力(lì)是无(wú)法将它(tā)们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一(yī)种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提(tí)出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它(tā)们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的(de)人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结(jié)果却让人(rén)感到不(bù)可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如(rú)果没有足够大(dà)的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标(biāo)准的(de)方法来解释暗(àn)物(wù)质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物(wù)质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发(fā)现它们(men)的旋转速度(dù)并(bìng)不符合牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河(hé)系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个(gè)实际速度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速(sù)度(dù)的原(yuán)因很(hěn)可能就是存(cún)在着一种我们看(kàn)不(bù)到的(de)物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起。

也是(shì)从这时(shí)开始，越(yuè)来越(yuè)多的(de)研究人(rén)员开(kāi)始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整个(gè)星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银(yín)河系不多，但是星系当(dāng)中存在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星(xīng)系必(bì)须(xū)存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们(men)使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用(yòng)正常的物质(zhì)和力学定律来(lái)解释的。那么(me)又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另一(yī)个大星系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗(àn)物(wù)质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的(de)理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是(shì)不同(tóng)的方式(shì)。对于(yú)在星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科(kē)学家还(hái)引(yǐn)入(rù)了外(wài)部场效应的(de)概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会(huì)产(chǎn)生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我们(men)需要对现在(zài)的物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结(jié)。但(dàn)是(shì)在(zài)宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的(de)“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的(de)星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体(tǐ)的(de)相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我(wǒ)们(men)通(tōng)过什么来验证它的质(zhì)量区域到底是(shì)不是集中在中间呢(ne)？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并(bìng)不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天(tiān)体和我们(men)地(dì)球上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的(de)天(tiān)体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系团观测(cè)的时候，发现它(tā)的大(dà)质量区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅通无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下(xià)了各相(xiāng)同性的(de)微波辐(fú)射。其中红色(sè)的部分(fēn)表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过(guò)对前(qián)景背景分离后的(de)二值图像进(jìn)行连通域(yù)提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值，我们需(xū)要(yào)的(de)暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解(jiě)行在姓氏中读什么音，行在姓氏中读什么拼音释星系(xì)当中恒(héng)星(xīng)运动(dòng)所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着(zhe)。

用了一(yī)个(gè)简单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很好地(dì)解释了很多不同(tóng)的(de)观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类型的粒子(zi)，它们不参(cān)与任何其他的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够(gòu)找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存(cún)在(zài)的(de)实际证据(jù)。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家们(men)已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子(zi)所需要(yào)的(de)实(shí)验方式也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与(yǔ)常规(guī)物质相互(hù)作(zuò)用的(de)“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何实(shí)质性(xìng)的发现，除(chú)了(le)一个地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来(lái)，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年的数(shù)据(jù)收集，人们(men)发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的(de)第一个直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性(xìng)的(de)年度信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们(men)也在以这样的速度(dù)在(zài)穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过程(chéng)中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的(de)时间(jiān)，地(dì)球(qiú)围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时(shí)候，地(dì)球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地(dì)球穿(chuān)越暗(àn)物质流(liú)最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在(zài)实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不(bù)影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释，研究人员(yuán)们(men)所观测(cè)到的周期性信号(hào)。当然也可能(néng)有其他的情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期(qī)信(xìn)号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游(yóu)客的数量也符合这(zhè)个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一(yī)个(gè)几乎相同的实(shí)验(yàn)室，这里的季节(jié)与之前的实(shí)验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流(liú)的(de)运动特征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物(wù)质所存在的(de)非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无(wú)法提供(gōng)相应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪(yí)器(qì)提供的视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果(guǒ)，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能(néng)拥有另一种神(shén)秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的(de)一(yī)个(gè)重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步(bù)的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持(chí)是我更新的动力！

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