宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没(méi)有发现任何的有效证据。除了(le)一个地(dì)方，在(zài)1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运(yùn)动的(de)规律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们(men)就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星(xīng)运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的例子(zi)。但(dàn)是(shì)这些(xiē)发(fā)现都是在(zài)恒星系统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们(men)上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需(xū)要的数据(jù)是(shì)测(cè)量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质(zhì)量(liàng)的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的(de)各个星系相(xiāng)对于(yú)星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底(dǐ)懵(měng)了(le)，“动(dòng)力(lì)学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基(jī)发现星系(xì)团中(zhōng)很多星系的速(sù)度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的(de)引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出星(xīng)系团(tuán)之外了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)攻坚克难与攻艰克难有何区别呢，攻坚克难和攻坚克难有何区别分的质(zhì)量(liàng)。只是当时(shí)的人们(men)对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运行(xíng)速度(dù)就会(huì)越慢(màn)。但是他们(men)观(guān)测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有足(zú)够大的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这(zhè)些外(wài)围的(de)恒(héng)星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科(kē)学家们会使用(yòng)一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方法就(jiù)是(shì)测量(liàng)星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结(jié)果(guǒ)，就(jiù)认(rèn)为(wèi)是(shì)由(yóu)暗物质(zhì)的(de)力量进入其(qí)中。

于是(shì)科(kē)学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它(tā)们(men)的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于(yú)银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是(shì)存在(zài)着一种我们看不(bù)到的物质，是(shì)这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也(yě)是从(cóng)这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多(duō)的研(yán)究人员(yuán)开始(shǐ)攻坚克难与攻艰克难有何区别呢，攻坚克难和攻坚克难有何区别相(xiāng)信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家根(gēn)据(jù)星系外(wài)恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的(de)质量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应(yīng)的(de)遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科(kē)学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解(jiě)释的(de)。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近(jìn)没有任(rèn)何星系存在。造成这(zhè)些现象的除(chú)了(le)暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能就是(shì)人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不够(gòu)全面，引力很(hěn)可能在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方(fāng)式是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它(tā)们的轨(guǐ)道(dào)，按(àn)照我们所理解的方式(shì)运动。但(dàn)是上升到星系(xì)和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相互作用(yòng)则是不同的(de)方式。对于在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了(le)外部场效应的(de)概念(niàn)，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行修正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多(duō)人(rén)认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似(shì)这样(yàng)的(de)星团，它(tā)们大部分(fēn)的(de)普通(tōng)质量(liàng)都(dōu)在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体的(de)相互(hù)作用就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子(zi)弹星(xīng)系团大(dà)部分的(de)质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们(men)通(tōng)过什么(me)来验证它(tā)的(de)质量区(qū)域到(dào)底(dǐ)是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的(de)形变。其实这些星系(xì)本身(shēn)并不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会(huì)使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系团观测的(de)时候(hòu)，发(fā)现它的大质量区域并不(bù)是(shì)在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的(de)质量气(qì)体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的(de)引力透(tòu)镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年(nián)之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表示相对(duì)较冷的(de)区域，但实际上它们(men)之(zhī)间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后(hòu)的(de)二值图(tú)像进(jìn)行连通域提取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如(rú)果宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看(kàn)起来不(bù)应该是这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的(de)增(zēng)加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所需要(yào)的(de)暗物质(zhì)比例是一致的(de)。这就意味着。

用了(le)一(yī)个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释了很多(duō)不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不参与(yǔ)任何(hé)其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看(kàn)不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们(men)已(yǐ)经进(jìn)行了(le)超过50次的实验，却没有任何实(shí)质(zhì)性的发现，除了一个地方，意(yì)大(dà)利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下(xià)矿(kuàng)井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大(dà)的地学(xué)实验室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子(zi)的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家(jiā)声称(chēng)观(guān)测(cè)到(dào)了某种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些(xiē)科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会产生周期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了(le)太(tài)阳(yáng)系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围(wéi)绕着(zhe)银河(hé)系(xì)进行(xíng)移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的(de)方向是(shì)一(yī)致(zhì)的，而(ér)另外半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完(wán)全一致，这是理论上地(dì)球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快(kuài)的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在(zài)实际(jì)的(de)情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系的平面(miàn)呈现了(le)60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们所观(guān)测到(dào)的(de)周期(qī)性信号。当(dāng)然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客的数量也(yě)符合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室(shì)是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可(kě)以得(dé)到相同(tóng)的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非(fēi)常有(yǒu)力(lì)的(de)证据了。但是(shì)由(yóu)于(yú)这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截(jié)至(zhì)目(mù)前还(hái)无(wú)法提(tí)供相应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格(gé)雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)太(tài)空望(wàng)远镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在(zài)，它们(men)极有可能拥有另一种神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命(mìng)进化的一(yī)个重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通过这(zhè)样(yàng)的效应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大前提是要先找到暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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