宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人(rén)类为了(le)寻找暗(àn)物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了(le)超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没有发现(xiàn)任何的(de)有效证据。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然(rán)哲学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规(guī)律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学(xué)家们(men)发现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们就(jiù)会(huì)知道，周围一定有未(wèi)知的(de)天(tiān)体通过引(yǐn)力(lì)在摄(shè)动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过(guò)天(tiān)王星运行轨道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应(yīng)用万有引力(lì)定律(lǜ)所(suǒ)取得重大(dà)天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量后发(fā)星系团的质量(liàng)。这是一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力(lì)束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系(xì)团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其(qí)质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星(xīng)系(xì)相(xiāng)对于星系团的(de)运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式(shì)所存在(zài)，我们无法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威(wēi)基发现星系(xì)团中很多(duō)星系的速度比2024年房价会继续下跌吗(bǐ)理论上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生的(de)引力(lì)是无法(fǎ)将它们(men)束缚在(zài)星系团内的(de)，它(tā)们早(zǎo)就应该被(bèi)抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除非有一(yī)种神秘的力(lì)量在(zài)起作用(yòng)，这种力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部(bù)分的(de)质量。只是当时(shí)的人们对(duì)这(zhè)样(yàng)的一种说(shuō)法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维(wéi)拉(lā)鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们(men)观(guān)测(cè)的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增(zēng)加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测(cè)量星系当中气体(tǐ)在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们(men)通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系的运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向心加速(sù)度(dù)的原(yuán)因很可能就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质(zhì)的引力效应将星系聚集在(zài)了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越(yuè)来越多的研(yán)究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不(bù)是唯(wéi)一可以解(jiě)释这(zhè)个现象的原因。在(zài)一项新(xīn)的(de)研(yán)究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家(jiā)还发现了(le)一个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不(bù)多，但是星系当(dāng)中存(cún)在的恒(héng)星(xīng)数量却(què)只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动(dòng)是可以用正常(cháng)的物质和力(lì)学定律来解释的(de)。那么又有人提出(chū)，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个大星系剥(bō)离了(le)。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没有(yǒu)任何星系存(cún)在(zài)。造(zào)成这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的(de)假说之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的(de)天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是(shì)上升到(dào)星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同的方式。对于在(zài)星系团(tuán)之间的相互(hù)作用，科学家(jiā)还引入(rù)了(le)外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的(de)效(xiào)果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论(lùn)就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其他(tā)的理论证据(jù)，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类(lèi)似(shì)这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧(jù)升(shēng)高(gāo)，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量(liàng)将位于(yú)所(suǒ)有这些气(qì)体所(suǒ)在(zài)的中间区域(yù)。那么我们通过什么(me)来(lái)验(yàn)证它的质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些星系(xì)本(běn)身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的(de)天体和我们地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的(de)天体可能是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子(zi)弹星(xīng)系团观测(cè)的时候，发现它的大质量区域(yù)并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释(shì)方法(fǎ)就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边(biān)形(xíng)成了引力(lì)透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止最好的(de)理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温(wēn)差只有万(wàn)分(fēn)之一(yī)。

科学(xué)家(jiā)们通过对前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像进行连(lián)通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的(de)幅(fú)度(dù)会(huì)减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的(de)测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的(de)5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系(xì)当中(zhōng)恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)所需要的(de)暗物质(zhì)比例是(shì)一致的(de)。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地(dì)解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子(zi)，它(tā)们不(bù)参(cān)与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标粒子所需(xū)要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实(shí)验，却没(méi)有任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一(yī)个(gè)地方，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层(céng)楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观(guān)测(cè)到了(le)某种信号。经过了(le)20多(duō)年(nián)的数据收集，人们(men)发(fā)现了一(yī)个有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年(nián)的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都是一样。一些(xiē)科(kē)学(xué)家(jiā)认为这可能(néng)是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质(zhì)的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河系(xì)进行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的(de)，而另外半年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好达到完全一致，这(zhè)是(shì)理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平面呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员(yuán)们所观测到(dào)的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成(chéng)这(zhè)种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差(chà)异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合这(zhè)个周(zhōu)期的(de)规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们(men)又在南半球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相同的实(shí)验室，这里的(de)季节与之前(qián)的实验2024年房价会继续下跌吗(yàn)室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在(zài)这里(lǐ)，地(dì)球穿过(guò)暗(àn)物(wù)质流的(de)运动特征和(hé)第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所(suǒ)存在(zài)的非(fēi)常有力(lì)的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支(zhī)持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射(shè)一(yī)台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供(gōng)的(de)视(shì)野是哈(hā)勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键的用途就是(shì)探索暗物(wù)质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探测(cè)的(de)结果(guǒ)，我们(men)只能(néng)拭目以待(dài)了。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体物(wù)理中心的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果暗(àn)物质存(cún)在，它(tā)们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘(mì)的效应(yīng)，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会(huì)支(zhī)持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的(de)一个(gè)重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着(zhe)人类(lèi)并不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物(wù)质正在(zài)通(tōng)过这样的效(xiào)应(yīng)创造生命(mìng)。当然(rán)，这(zhè)些推论(lùn)的大前提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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