宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据(jù)，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何(hé)的有效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们发(fā)现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符合万有(yǒu)引力定律的(de)时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未(wèi)知的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就的(de)例(lì)子。但是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度(dù)当(dāng)中，可当我们(men)上升(shēng)到星系或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的(de)物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹(zī)威基(jī)正在(zài)研(yán)究和测(cè)量后发星系(xì)团(tuán)的(de)质量。这是(shì)一个由(yóu)数(shù)千个星系所组(zǔ)成的(de)巨(jù)大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质量一(yī)般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确(què)定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测(cè)量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹(zī)威(wēi)基(jī)彻底懵(měng)了(le)，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并(bìng)不以(yǐ)可见(jiàn)光的(de)形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度(dù)的(de)过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要(yào)快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的(de)质量所产生的引力是无法将它(tā)们(men)束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团(tuán)之(zhī)外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大部分的(de)质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出(chū)现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯(kěn)特福(fú)特(tè)在观测仙女座(zuò)星系(xì)中的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在其(qí)轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可(kě)思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增加(jiā)，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有(yǒu)引力(lì)定律，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中(zhōng)气(qì)体在X轴上距(jù)离星系(xì)中(zhōng)心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通(tōng)过(guò)射(shè)电望远镜测(cè)量(liàng)了距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂(bì)之上(shàng)，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的原因很可能(néng)就是存(cún)在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在(zài)了一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的(de)速(sù)度，估算(suàn)在星(xīng)系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的(de)原因。在(zài)一项新(xīn)的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微(wēi)小差(chà)异(yì)。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个一般动画一秒多少帧，逐帧动画一秒多少帧星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却(què)只(zhǐ)有(yǒu)银河系(xì)的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们(men)使用(yòng)最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小时(shí)的(de)详细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运动是可(kě)以(yǐ)用正常的物质和力学定(dìng)律来(lái)解释的。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许该(gāi)星系的(de)暗(àn)物(wù)质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这些现(xiàn)象的(de)除(chú)了暗物(wù)质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类(lèi)对(duì)引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们一般动画一秒多少帧，逐帧动画一秒多少帧的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理解的(de)方式运动。但是上升到星系(xì)和(hé)星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相互作用则是(shì)不(bù)同的方式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入(rù)了(le)外部场效(xiào)应的概念，指的是(shì)在数百万光年的(de)规模上，巨大的(de)质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们(men)需(xū)要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗(àn)物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物(wù)质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光年(nián)的子(zi)弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样(yàng)的星团(tuán)，它(tā)们(men)大部(bù)分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作(zuò)用就(jiù)会导致温(wēn)度(dù)的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分(fēn)的质(zhì)量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体所在的(de)中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来验证它的(de)质量(liàng)区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清照片，在(zài)照片(piàn)中我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨(jù)大的(de)形变。其实这(zhè)些星系本(běn)身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们(men)地(dì)球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的东西的引力(lì)，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生(shēng)了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天体可(kě)能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系团(tuán)观测的(de)时候，发现它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释(shì)方(fāng)法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研(yán)究(jiū)也被(bèi)认为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄(qì)今为止最(zuì)好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见光终于(yú)可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红色的(de)部分(fēn)表示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较冷的区(qū)域，但(dàn)实(shí)际上它(tā)们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通过对(duì)前(qián)景(jǐng)背景分离后的(de)二(èr)值(zhí)图(tú)像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起来不(bù)应该(gāi)是这样(yàng)的，而(ér)随着暗(àn)物质(zhì)的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才(cái)变得看(kàn)起(qǐ)来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物(wù)质的(de)5倍。这(zhè)个(gè)数字与解(jiě)释(shì)星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致(zhì)的(de)。这就意(yì)味着。

用(yòng)了(le)一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不(bù)同的(de)观测(cè)结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找到(dào)这种粒子的(de)存在，就相(xiāng)当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了(le)数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子所需要的(de)实(shí)验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发(fā)现，除了(le)一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球(qiú)上(shàng)最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的(de)探测(cè)器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒(lì)子(zi)的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科(kē)学家声称观测(cè)到了某(mǒu)种(zhǒng)信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据(jù)收(shōu)集(jí)，人们发现了一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人(rén)类发现暗物质的(de)第一(yī)个直接证据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这(zhè)个(gè)过程(chéng)中(zhōng)会产生(shēng)相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半(bàn)年则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太(tài)阳(yáng)的(de)方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物(wù)质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银河(hé)系的(de)平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研(yán)究人员们所观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山(shān)上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游(yóu)客的数量也符(fú)合(hé)这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半(bàn)球(qiú)建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地(dì)球穿过暗(àn)物质(zhì)流的运(yùn)动特征和(hé)第一个实(shí)验(yàn)室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可(kě)以得到相(xiāng)同的(de)信(xìn)号，就可(kě)以(yǐ)成为暗(àn)物质所(一般动画一秒多少帧，逐帧动画一秒多少帧suǒ)存在的(de)非常有力(lì)的证据了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的数据支持。另(lìng)外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但(dàn)它(tā)的宽视(shì)场(chǎng)仪(yí)器提供的视野(yě)是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进化的(de)一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不(bù)会意(yì)味着人类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个(gè)角落的(de)行星上，暗物质正在通过这(zhè)样(yàng)的效应创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找到暗物(wù)质存在(zài)的实际证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力(lì)！

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