宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期(qī)实验，但(dàn)是却没(méi)有发现任何(hé)的(de)有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的(de)自然(rán)哲学数(shù)学(xué)原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文(wén)学家们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他(tā)们(men)就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它(tā)的(de)轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道(dào)的(de)异常，推算并且(qiě)发(fā)现(xiàn)了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取得重(zhòng)大天文(wén)成就的例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升(shēng)到(dào)星(xīng)系或者是星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和测(cè)量(liàng)后发星系团的质(zhì)量。这是(shì)一(yī)个(gè)由(yóu)数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会(huì)使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第(dì)二种是动力学质量的(de)计算，是利(lì)用光谱红(hóng)移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速(sù)度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的(de)形(xíng)式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异(yì)的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系(xì)的(de)速度比(bǐ)理论上(shàng)要(yào)快得(dé)多，按(àn)照牛顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的(de)质量所(suǒ)产生的引力(lì)是无法将它(tā)们(men)束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维(wéi)基提出了(le)这样部(bù)分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却(què)占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福(fú)特在观测(cè)仙女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到(dào)不可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足(zú)够大(dà)的质量来吸引它们，这些(xiē)外(wài)围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标(biāo)准的(de)方法来解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方法就是测(cè)量(liàng)星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合(hé)牛顿(dùn)的(de)力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银(yín)河系的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系的运行速度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的(de)速(sù)度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大(dà)于理论(lùn)速度(dù)，那么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向(xiàng)心加速度(dù)的原因(yīn)很可能就是(shì)存在(zài)着一种(zhǒng)我们(men)看不到的(de)物(wù)质(zhì)，是(shì)这(zhè)些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越(yuè)来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存(cún)在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这个现象(xiàng)的(de)原(yuán)因。在一项新(xīn)的研究当中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文(wén)学(xué)家还发现了(le)一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和(hé)银河(hé)系(xì)不(bù)多，但是星系当中存(cún)在的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银(yín)河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们(men)使用最(zuì)先进的(de)望远镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系(xì)存在。造(zào)成这些现象的除了暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另(lìng)一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在(zài)不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的(de)工(gōng)作方式是(shì)不同的(de)，这意味着在(zài)行星(xīng)系(xì)尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按(àn)照我们(men)所理解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升(shēng)到星系和(hé)星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互(hù)作用则是不(bù)同的方式。对本初是谁于在星(xīng)系团之间的相互作用，科学(xué)家(jiā)还(hái)引入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发(fā)现也让很多(duō)人认为暗(àn)物质假说理论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没(méi)法(fǎ)解释(shì)的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它(tā)们大(dà)部分的普(pǔ)通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温(wēn)度的急(jí)剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系团(tuán)大(dà)部分(fēn)的质量将(jiāng)位于所有这些(xiē)气体所在的中间区(qū)域。那么我们(men)通过什么来验证它的质量(liàng)区域到(dào)底是不(bù)是(shì)集中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很(hěn)多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本(běn)身(shēn)并(bìng)不是(shì)真的(de)被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地(dì)球上的观(guān)测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能(néng)是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域(yù)并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方(fāng)法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物(wù)质(zh本初是谁ì)则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗(àn)物质存(cún)在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的(de)理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了(le)各相(xiāng)同(tóng)性的微(wēi)波辐射(shè)。其(qí)中红色(sè)的部(bù)分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的(de)温差(chà)只有万分之一。

科(kē)学家们(men)通过对(duì)前景背景分离(lí)后的二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是这样(yàng)的(de)，而随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度(dù)会(huì)减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我们(men)需(xū)要的暗(àn)物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质(zhì)比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地解释了(le)很多不同(tóng)的观测结果。而暗(àn)物(wù)质的本质(zhì)就是宇宙当中存(cún)在着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它(tā)们不参(cān)与任(rèn)何其(qí)他的电(diàn)磁(cí)作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质存(cún)在的(de)实际(jì)证据。这种粒子到(dào)底是(shì)什(shén)么？科学家(jiā)们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不(bù)相同。在(zài)过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常规物质(zhì)相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的(de)实验，却(què)没有任何(hé)实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的(de)格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上(shàng)最大的(de)地学实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物(wù)质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家(jiā)声(shēng)称观(guān)测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每(měi)年的6月份(fèn)达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都(dōu)是一样(yàng)。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能(néng)是人类发现暗物质的第(dì)一个(gè)直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这(zhè)样的速度在穿越着暗(àn)物质流(liú)，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环(huán)绕(rào)银河(hé)系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物(wù)质(zhì)流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的(de)情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河系(xì)的平面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认为这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号(hào)。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游客的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在(zài)南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得到(dào)相同(tóng)的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于(yú)这个(gè)实(shí)验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的(de)望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探(tàn)索(suǒ)暗(àn)物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探测(cè)的(de)结(jié)果，我们只能拭(shì)目(mù)以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极有可(kě)能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得(dé)到进(jìn)一(yī)步(bù)的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着(zhe)人(rén)类并不(bù)孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个(gè)角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这(zhè)些(xiē)推论的大(dà)前提是要先找到暗物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们(men)觉得暗物质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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