宇宙是(shì)“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现(xiàn)任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的(de)自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后的(de)几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王星运行轨道的(de)异(yì)常(cháng)，推(tuī)算并且发(fā)现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的(de)尺(chǐ)度(dù)当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系所组成的(de)巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以确定其质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团(tuán)的运(yùn)动速(sù)度(dù)。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很(hěn)多星系(xì)的速度(dù)比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见星系的(de)质量所(suǒ)产生的(de)引力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出(chū)了这样(yàng)部分不可见的暗质，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大(dà)部分(fēn)的质量。只是(shì)当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福(fú)特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是他们观(guān)测的结(jié)果却让(ràng)人(rén)感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与(yǔ)中(zhōng)心距(jù)离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没有足(zú)够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一(yī)种相对标准的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的(de)结果，就认为是(shì)由暗物质(zhì)的力量(liàng)进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了(le)距(jù)离星系中(zhōng)心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋(xuán)转速度(dù)并不符合牛(niú)顿的(de)力(lì)学(xué)定律。我们(men)的(de)太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的(de)运行速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大(dà)于(yú)理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的(de)原因很(hěn)可能就(jiù)是(shì)存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们(men)看不到(dào)的物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应(yīng)将星系聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研(yán)究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质(zhì)的(de)质量占整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可以解(jiě)释这个现象的(de)原因。在一项新的(de)研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引(yǐn)力效(xiào)应的(de)遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出(chū)现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学(xué)家还发(fā)现(xiàn)了(le)一(yī)个(gè)反常的(de)星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星(xīng)系(xì)必(bì)须(xū)存在(zài)暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常(cháng)的物质和力(lì)学(xué)定律来解释(shì)的。那么又有人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存(cún)在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全(quán)面，引力很可能(néng)在不(bù)同尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，引力之间(jiān)的(de)相互(hù)作用则是不同的(de)方(fāng)式。对(duì)于在星系(xì)团之间(jiān)的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)，科学家(jiā)还(hái)引(yǐn)入(rù)了(le)外部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们(men)需要对现在(zài)的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让很(hěn)多人(rén)认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的其他(tā)的理(lǐ)论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通质(zhì)量(liàng)都(dōu)在星系的气(qì)体当中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温(wēn)度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体所(suǒ)在的中间(jiān)区域(yù)。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验证它(tā)的质(zhì)量区(qū)域到(dào)底是(shì)不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们(men)可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形(xíng)变。其(qí)实这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题(tí)，而(ér)是(shì)这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会(huì)使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系(xì)团观测的时关一下月亮是什么意思候(hòu)，发现它的大(dà)质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观测到的(de)质(zhì)量气体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则(zé)直接通(tōng)过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好(hǎo)的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下(xià)了(le)各(gè)相同(tóng)性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较高的(de)区域(yù)，蓝色(sè)则表(biǎo)示相(xiāng)对较(jiào)冷(lěng)的区域(yù)，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背(bèi)景分离(lí)后(hòu)的二(èr)值图像进行连通域(yù)提取和标记之后发(fā)现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而(ér)随(suí)着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是(shì)一致的。这(zhè)就意味着。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很多不同的(de)观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了(le)暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么？科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些不同(tóng)的(de)目(mù)标粒子所需要的实(shí)验方式也不(bù)相同。在过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经(jīng)进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着(zhe)地球(qiú)上最(zuì)大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测(cè)到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的(de)6月份达(dá)到(dào)峰值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个(gè)直接证据。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个(gè)过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年(nián)的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河关一下月亮是什么意思系(xì)的(de)方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与太(tài)阳的(de)方向正好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平(píng)面(miàn)呈现了(le)60度的(de)倾(qīng)斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认(rèn)为这可(kě)以用来(lái)解(jiě)释，研(yán)究(jiū)人员们(men)所观测到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的差异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度(dù)、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南(nán)半球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节(jié)与(yǔ)之前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流(liú)的运动特(tè)征和(hé)第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了(le)。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视(shì)场仪器(qì)提供(gōng)的视(shì)野(yě)是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的(de)用途就(jiù)是探索暗物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的效应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化(huà)的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不会(huì)意味(wèi)着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这(zhè)些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在(zài)的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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