宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的(de)？为何(hé)会存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什(shén)么(me)？人类为了寻找暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的证据，科学(xué)家们(men)在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数(shù)学原理一(yī)书中，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力(lì)定律的时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周围一(yī)定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的(de)例子。但是这些发(fā)现(xiàn)都(dōu)是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到(dào)星(xīng)系或者是(shì)星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在(zài)研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致(zhì)，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数据是(shì)测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移(yí)测量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见(jiàn)光的形式(shì)所存在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最诡异的(de)是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的(de)速度比理论(lùn)上要(yào)快得(dé)多，按(àn)照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力(lì)是(shì)无法将它们(men)束(shù)缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可(kě)见的暗质，它不发(fā)散光、吸(xī)光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大(dà)部分的质量(liàng)。只是当时(shí)的人(rén)们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才再一(yī)次出现。天(tiān)文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测(cè)的结果(guǒ)却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大的(de)质(zhì)量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中心的距(jù)离(lí)，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的力量(liàng)进入其(qí)中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们(men)的旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这个实际(jì)速(sù)度远远大于理论速(sù)度，那么(me)产生以(yǐ)上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原因很可(kě)能就是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗(àn)物(wù)质(zhì)的引力效应(yīng)将星系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可(kě)以解释(shì)这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的(de)微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了(le)一个反常(cháng)的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系(xì)不(bù)多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时的(de)详细(xì)测(cè)量(liàng)之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附(fù)近(jìn)的另一个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没(méi)有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了(le)暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种可能就是人(rén)类对引力(lì)的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方(fāng)式(shì)是不同的(de)，这意味(wèi)着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升(shēng)到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不(bù)同的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的(de)规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这(zhè)些(xiē)发现也(yě)让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的(de)星(xīng)团，它(tā)们大(dà)部分的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降(jiàng)低。所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气(qì)体所在的(de)中间区域。那(nà)么(me)我们通过什么来验(yàn)证它的质(zhì)量区域到底是(shì)不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们(men)可以明显(xiǎn)地看到很多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间(jiān)。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体可能是超大(dà)质(zhì)量(liàng)的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观(guān)测(cè)的时(shí)候，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观(guān)测到的(de)质量气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形(xíng)成了(le)引力(lì)透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之(zhī)后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留(liú)下了各相同性的微波(bō)辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们(men)通(tōng)过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连(lián)通域提(tí)取(qǔ)和(hé)标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应(yīng)该是这样的，而(ér)随着暗(àn)物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是(shì)一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地(dì)解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒(lì)子(zi)，它们不(bù)参(cān)与任何其他(tā)的电(diàn)磁(cí)作用，只通过引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子(zi)的(de)存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的(de)实际证据。这种粒子(zi)到(dào)底是什么？科(kē)学家们已经提(tí)出了(le)数(shù)十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互(hù)作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的(de)地(dì)学实(shí)验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的(de)探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测(cè)到了某种信号(hào)。经过了(le)20多年的数据(jù)收集，人们发(fā)现了一个(gè)有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些(xiē)科(kē)学家(jiā)认为这(zhè)可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我(wǒ)们(men)也在(zài)以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过程(chéng)中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环(huán)绕(rào)银河系(xì)的方(fāng)向是一致的(de)，而另(lìng)外半年(nián)则(zé)与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完全(quán)一致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿越暗(àn)物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了(le)最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度(dù)周期信(xìn)号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建立了(le)一个几乎相同(tóng)的(de)实验室，这(zhè)里的季节与之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至(zhì)目(mù)前还(hái)无法提(tí)供相应的(de)数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽视(shì)场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极有可能(néng)拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说是生命进(jìn)化的一个(gè)重要(yào)因(yīn)素。

如果(guǒ)这(zhè)一(yī)理(lǐ)论得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍(biàn)布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物(wù)质会(huì)不会(huì)意味着人类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实(shí)际(jì)证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质(zhì)到底(dǐ)存(cún)不存(cún)在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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