宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么(me)？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家(jiā)们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却(què)没有发现任何的有效(xiào)证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲(zhé)学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几(jǐ)百年(nián)来，当天文(wén)学家们发现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们(men)就(jiù)会(huì)知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的(de)异(yì)常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文(wén)成就的例子。但是(shì)这(zhè)些发现都是(shì)在(zài)恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们(men)上(shàng)升到(dào)星系或者是(shì)星(xīng)团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的(de)质量(liàng)。这是一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些(xiē)星(xīng)系被引力(lì)束缚在一(yī)起。测量星系(xì)团的质量(liàng)一般(bān)会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第(dì)一种是获得其"光度学(xué)的质(zhì)量(liàng)"，需要(yào)的(de)数据是测量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第二种是动力(lì)学(xué)质量的计(jì)算，是利用光谱红移测(cè)量(liàng)星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系(xì)相对于(yú)星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形(xíng)式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度(dù)的过手指头在里边怎么动，扣自己的正确手势图(guò)程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的(de)质(zhì)量(liàng)所产生(shēng)的(de)引力是无法将它(tā)们(men)束缚在星系团(tuán)内的(de)，它们(men)早就(jiù)应该(gāi)被抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除非有一种神(shén)秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的(de)物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出了这样部(bù)分(fēn)不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量(liàng)。只是当(dāng)时(shí)的人(rén)们对这样(yàng)的(de)一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特(tè)在(zài)观测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距离(lí)中心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果(guǒ)却让人(rén)感到不(bù)可(kě)思议(yì)。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据(jù)牛(niú)顿的万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系(xì)当(dāng)中如(rú)果没有足够(gòu)大(dà)的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一(yī)种相对标准的方(fāng)法来解释(shì)暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗(àn)物(wù)质的力量进入其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过射电(diàn)望远镜测量了(le)距离星系中心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的(de)太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实际(jì)上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远大于(yú)理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的(de)原因很可(kě)能(néng)就是存在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将星系聚集在了(le)一(yī)起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当(dāng)中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(shì)这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速(sù)度上的(de)微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了(le)一(yī)个(gè)反(fǎn)常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距(jù)离地球大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但是星系当中存在的(de)恒星数量(liàng)却只有银河系的(de)千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须(xū)存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最(zuì)先进的(de)望远镜对其进行了(le)40个小时的详细(xì)测(cè)量之后，发现星(xīng)系(xì)中的(de)恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律(lǜ)来解释的(de)。那(nà)么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对(duì)引(yǐn)力的理解还不(bù)够全面(miàn)，引力很可能(néng)在(zài)不同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理解的(de)方式运动。但是(shì)上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则(zé)是不同的方(fāng)式。对于在星(xīng)系团之间的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的(de)概念，指的是在数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此(cǐ)特(tè)殊的(de)效(xiào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意味(wèi)着我们(men)需要对现在的(de)物理定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的(de)子(zi)弹星(xīng)系团，由两个碰撞的(de)星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星团，它们(men)大(dà)部分的普(pǔ)通(tōng)质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于(yú)所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么(me)来(lái)验(yàn)证(zhèng)它的质量区域到(dào)底是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多(duō)星(xīng)系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的(de)形变。其实(shí)这些(xiē)星(xīng)系本身并(bìng)不(bù)是真的(de)被扭曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可(kě)能是超大质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域并不(bù)是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好的解释方法就(jiù)是当(dāng)星(xīng)团发生全部的(de)碰撞时(shí)，可(kě)被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的(de)迄今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。经过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)空(kōng)间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色(sè)则(zé)表示相对较(jiào)冷的区域，但实际(jì)上它们(men)之(zhī)间的温差只有万分之(zhī)一。

科(kē)学家们(men)通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连(lián)通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物(wù)质，图(tú)形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物(wù)质(zhì)的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值，我们需(xū)要(yào)的暗物质大(d手指头在里边怎么动，扣自己的正确手势图à)约是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个(gè)数字(zì)与(yǔ)解释星系(xì)当中恒星运(yùn)动所需要的暗(àn)物质比例是一致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而(ér)暗物质(zhì)的本质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而(ér)要(yào)寻找这些(xiē)不同(tóng)的(de)目(mù)标粒(lì)子所需(xū)要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十(shí)年当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这(zhè)些看(kàn)不(bù)见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会(huì)与常规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进(jìn)行了超过50次(cì)的(de)实验，却没有任(rèn)何(hé)实质性的发现，除了(le)一个地方，意大(dà手指头在里边怎么动，扣自己的正确手势图)利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球上最大的(de)地学实(shí)验(yàn)室(shì)，这个(gè)实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到(dào)了(le)某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的数(shù)据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有趣的(de)事情。探(tàn)测率会在每(měi)年(nián)的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物(wù)质的第一个(gè)直接(jiē)证据(jù)。

但(dàn)是为什么(me)暗物(wù)质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个(gè)过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太(tài)阳(yáng)环绕银河系的(de)方向是一致的(de)，而另(lìng)外半年(nián)则(zé)与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方向正好达到(dào)完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流最快的时段(duàn)。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是(shì)这并不(bù)影响这个理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人(rén)员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年(nián)度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合(hé)这个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的(de)运动(dòng)特征和第(dì)一(yī)个(gè)实验(yàn)室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可(kě)以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在(zài)的非常(cháng)有力的证据(jù)了(le)。但是由于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的(de)结果(guǒ)，我(wǒ)们(men)只能(néng)拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它(tā)们(men)极(jí)有(yǒu)可能(néng)拥有(yǒu)另一(yī)种神秘(mì)的(de)效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命(mìng)的(de)诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命进化(huà)的(de)一个重要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提是要(yào)先找到(dào)暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗(àn)物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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