宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无(wú)法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗物(wù)质存在的证据，科(kē)学家们在过去的几十(shí)年当中进行了超过(guò)50次(cì)的长期(qī)实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数(shù)学原理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿(dùn)发(fā)表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示(shì)了(le)宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道(dào)出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未(wèi)知(zhī)的(de)天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发(fā)现都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系(xì)或(huò)者是星团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变(biàn)得(dé)诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在(zài)研究和(hé)测量后(hòu)发(fā)星系(xì)团(tuán)的质(zhì)量。这是一个由数千(qiān)个星系(xì)所组成的巨大星系团，这(zhè)些星(xīng)系(xì)被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团的(de)质量(liàng)一般会使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数(shù)据是测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利(lì)用光谱红移测量星系(xì)团(tuán)中(zhōng)的各个星系(xì)相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度(dù)的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团(tuán)中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力是无法将它们(men)束缚(fù)在星系团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该(gāi)被抛(pāo)出(chū)星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部(bù)分(fēn)不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一(yī)种(zhǒng)说(shuō)法不(bù)屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再一(yī)次出(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观(guān)测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的(de)恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到不(bù)可(kě)思议(yì)。

随着(zhe)与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星(xīng)的旋睡午觉和不睡午觉有什么区别，为什么不爱午睡的孩子智商高转速(sù)度(dù)几乎保持不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在星系(xì)当中(zhōng睡午觉和不睡午觉有什么区别，为什么不爱午睡的孩子智商高)如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一(yī)种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系(xì)当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系(xì)的运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河系(xì)旋转，这(zhè)个实际速(sù)度远远大于理论速度(dù)，那(nà)么(me)产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就(jiù)是存在着(zhe)一种我们看不到的(de)物质(zhì)，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多(duō)的研究人(rén)员开(kāi)始相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)暗(àn)物质的质(zhì)量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天(tiān)文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质(zhì)和力学定律来解释(shì)的。那(nà)么又(yòu)有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已(yǐ)经被附近(jìn)的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任(rèn)何星系存(cún)在(zài)。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解(jiě)还(hái)不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在不同尺度空间中的(de)工作方式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们(men)所理解的方式运动。但是(shì)上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用则是不同的(de)方式。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科学(xué)家还(hái)引(yǐn)入(rù)了外部(bù)场效应的(de)概念(niàn)，指的是在数(shù)百(bǎi)万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要对现在的物(wù)理(lǐ)定(dìng)律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多(duō)人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理论(lùn)就(jiù)此(cǐ)终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物(wù)质存(cún)在(zài)的其(qí)他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它(tā)们大部分(fēn)的普通质量都在星(xīng)系(xì)的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互(hù)作用就会导致温度(dù)的急(jí)剧升高(gāo)，速度(dù)大(dà)幅(fú)降低(dī)。所以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的(de)中间区域。那么我们通过什么来(lái)验(yàn)证它的质量区域到(dào)底是不(bù)是(shì)集中在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明(míng)显地看到很(hěn)多星系(xì)似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并不(bù)是真的被扭曲了(le)，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了(le)什(shén)么问题，而是这样极(jí)遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地(dì)球上的(de)观测者(zhě)之间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力(lì)，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个(gè)现象就是(shì)引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能(néng)是超大质量的(de)黑(hēi)洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜(jìng)研究也被认为是暗(àn)物质存(cún)在(zài)的(de)迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中最古老的(de)光(guāng)。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下(xià)了各相同性的(de)微(wēi)波(bō)辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域(yù)提取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样(yàng)的，而随着暗(àn)物质的(de)增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多不同的(de)观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引力(lì)来(lái)相(xiāng)互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标(biāo)粒(lì)子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会(huì)与常规(guī)物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们(men)已经(jīng)进行了(le)超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何实质性的(de)发现，除(chú)了(le)一(yī)个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的(de)地学(xué)实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年的(de)数据(jù)收集，人们发(fā)现了(le)一个(gè)有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的第(dì)一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么(me)如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们(men)也在以这(zhè)样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕(rào)银河系的方向是一致(zhì)的，而另外(wài)半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这(zhè)个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当(dāng)然(rán)也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号的差异也可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立(lì)了一个几乎相同的(de)实(shí)验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动特征和第(dì)一个实验(yàn)室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的(de)非(fēi)常有力(lì)的证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还(hái)无(wú)法提供相应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于(yú)探测的结果，我们(men)只能拭(shì)目以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落的(de)行(xíng)星上(shàng)，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的(de)大(dà)前提是要先找到暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质(zhì)到底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持是我更(gèng)新的(de)动力！

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