宇宙是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么(me)？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过(guò)去(qù)的几十年当(dāng)中进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但是却没有发现任何的(de)有效证(zhèng)据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合(hé)万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的(de)天体通过(guò)引力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天(tiān)王(wáng)星运(yùn)行轨道的(de)异常，推算并(bìng)且发现了海王星(xīng)的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发(fā)现(xiàn)都是应用(yòng)万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的(de)例子。但是这些发现都(dōu)是(shì)在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我们上(shàng)升到(dào)星(xīng)系或者(zhě)是(shì)星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成的(de)巨(jù)大(dà)星挂号信几天能到，一般什么情况会用挂号信(xīng)系团，这些星(xīng)系(xì)被(bèi)引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一(yī)般会(huì)使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得(dé)其"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数(shù)据是测(cè)量各个星系的(de)光度(dù)。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星系(xì)相(xiāng)对(duì)于星系(xì)团的运动速(sù)度。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所(suǒ)存在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威基发(fā)现星系(xì)团中很多(duō)星系(xì)的速度(dù)比理论上要(yào)快得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系(xì)的质量(liàng)所产生的引力是(shì)无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之(zhī)外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形(xíng)的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部(bù)分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的(de)人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再(zài)一(yī)次出现(xiàn)。天文(wén)学(xué)家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离的(de)增加，恒星(xīng)的(de)旋(xuán)转速度几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有(yǒu)足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家(jiā)们(men)会(huì)使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中心的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速度(dù)。如(rú)果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银河系(xì)的(de)第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远大(dà)于理论速度，那么(me)产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加(jiā)速(sù)度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们(men)看不到的物(wù)质，是这(zhè)些(xiē)暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速(sù)度(dù)，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的(de)质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家(jiā)还发(fā)现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不(bù)多，但是(shì)星系当中存(cún)在(zài)的恒星数量却只有银(yín)河系的(de)千分之(zhī)一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离(lí)析。但是(shì)科学(xué)家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了(le)40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是可(kě)以用正常(cháng)的物(wù)质和力学定律来(lái)解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何(hé)星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引力的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是(shì)不同的(de)，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用则是(shì)不同的(de)方式(shì)。对于在星(xīng)系(xì)团(tuán)之间(jiān)的相互(hù)作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的(de)概念(niàn)，指的是(shì)在数百万(wàn)光年的(de)规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分(fēn)的普通质量都(dōu)在(zài)星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部(bù)分的质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的(de)中(zhōng)间(jiān)区域。那(nà)么(me)我们通过什么(me)来(lái)验(yàn)证它的质(zhì)量区(qū)域到底是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显地(dì)看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些星系本身并(bìng)不是(shì)真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨(jù)大的(de)天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或(huò)者(zhě)是(shì)暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过了(le)这(zhè)个区域，并在(zài)两(liǎng)边形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了(le)130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性(xìng)的微波辐(fú)射。其中红色(sè)的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后(hòu)的二(èr)值图像进行(xíng)连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不(bù)应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的增加，一(yī)些峰值的幅度(dù)会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要(yào)的(de)暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何(hé)其他的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力(lì)来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么？科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经提(tí)出了(le)数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻(xún)找(zhǎo)这些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要(yào)的(de)实验方式也(yě)不相同。在过去的(de)几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过(guò)50次(cì)的(de)实验(yàn)，却没有任何实(shí)质(zhì)性的(de)发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的(de)地(dì)学实(shí)验室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三(sān)层楼高的探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的(de)数(shù)据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这可能(néng)是人类发现暗(àn)物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在以(yǐ)这(zhè)样的(de)速度在(zài)穿越着(zhe)暗物(wù)质流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与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月份(fèn)的时候(hòu)，地(dì)球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到完全一(yī)致，这是(shì)理论(lùn)上(shàng)地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银(yín)河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的(de)有效性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来(lái)解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期(qī)性信(xìn)号。当然(rán)也(yě)可能有(yǒu)其他(tā)的情(qíng)况(kuàng)，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号的差(chà)异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这个(gè)周期(qī)的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半(bàn)球建立了一(yī)个(gè)几乎相同(tóng)的实验室，这里的(de)季(jì)节与之前(qián)的实(shí)验(yàn)室(shì)正好相反(fǎn)，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流(liú)的运动(dòng)特征和第一(yī)个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里可(kě)以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了(le)。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法提供(gōng)相应的数据(jù)支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南(nán)希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其(qí)中一个关键的(de)用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体物理(lǐ)中心的(de)科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可(kě)能拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的一(yī)个(gè)重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质(zhì)会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的行星上，暗物(wù)质正在(zài)通(tōng)过(guò)这样的效应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证(zhèng)据。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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