宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的(de)几十(shí)年(nián)当中进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的(de)有效证据。除了一(yī)个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的时候(hòu)，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它(tā)的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的(de)异常(cháng)，推算并且发现了(le)海王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是(shì)这(zhè)些发现都是在恒(héng)星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的(de)尺度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹(zī)威基正在(zài)研究和测(cè)量后发星系团的质量(liàng)。这是淀粉勾芡后为什么会变稀，勾芡不泄汤的秘诀一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星系(xì)团的(de)质量(liàng)一(yī)般会使(shǐ)用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其(qí)质量淀粉勾芡后为什么会变稀，勾芡不泄汤的秘诀(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的数(shù)据是(shì)测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星(xīng)系(xì)团中的(de)各个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结(jié)果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星系团有(yǒu)99%的(de)质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光(guāng)的形(xíng)式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星(xīng)系(xì)的质量(liàng)所产生(shēng)的(de)引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团之(zhī)外了(le)，除非有一种神(shén)秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不(bù)可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的(de)人(rén)们对(duì)这样的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来(lái)说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们(men)观测的(de)结果却让人感到(dào)不(bù)可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的(de)万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律，在星系当中如(rú)果没有足够大(dà)的质量来(lái)吸引它(tā)们(men)，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家(jiā)们会(huì)使用一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在(zài)，这种方法就是(shì)测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结(jié)果(guǒ)，就(jiù)认(rèn)为是由暗(àn)物质(zhì)的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远距(jù)离的(de)氢元素(sù)，发现它们的旋转速(sù)度(dù)并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的(de)第三悬(xuán)臂(bì)之上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据(jù)万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速(sù)度(dù)，那(nà)么(me)产生以上这种向心(xīn)加速度(dù)的原因很可能就是存在(zài)着(zhe)一(yī)种我们看不到的物(wù)质，是这些暗(àn)物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外(wài)恒星轨道的(de)速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质(zhì)的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学(xué)家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还(hái)发现了一个(gè)反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河(hé)系的千分之(zhī)一。

所以在(zài)理论上，该星系必(bì)须(xū)存在暗物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离(lí)析。但是科学家们(men)使用最先(xiān)进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时(shí)的详细测(cè)量之后，发(fā)现星系(xì)中的(de)恒星(xīng)运动是(shì)可以用正常(cháng)的物质和力学(xué)定律来解释(shì)的。那(nà)么又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系的(de)暗(àn)物质，已经被附近的另一(yī)个(gè)大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存(cún)在。造成这些现象的(de)除了暗物质的(de)假说之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人(rén)类(lèi)对(duì)引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的工作方(fāng)式(shì)是不同的(de)，这(zhè)意(yì)味(wèi)着(zhe)在(zài)行(xíng)星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和(hé)星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度，引(yǐn)力(lì)之间的(de)相互作用则是不(bù)同的方式(shì)。对于(yú)在星系(xì)团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊(shū)的(de)效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就(jiù)此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗(àn)物质存在的(de)其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的(de)普通(tōng)质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团(tuán)以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气体的(de)相互(hù)作用就会(huì)导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的质量将位于所有这些(xiē)气(qì)体所在的中间区域。那么(me)我们(men)通过什么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜(jìng)传回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的(de)高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了(le)，也不(bù)是韦伯望远镜出了(le)什(shén)么问题，而是这样极遥(yáo)远的(de)天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东西(xī)的引力(lì)，会使身后更遥远星系的(de)光都发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应(yīng)。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团(tuán)观测的(de)时候，发现它的大质(zhì)量区域并不(bù)是(shì)在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发(fā)生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气(qì)体被(bèi)卡在了(le)中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了(le)这个区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存(cún)在(zài)的迄(qì)今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当中了(le)。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的(de)微波(bō)辐射。其(qí)中红(hóng)色的(de)部(bù)分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科学家们通过对(duì)前景背(bèi)景分离后的二(èr)值图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这(zhè)样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测(cè)量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这(zhè)就意味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不(bù)同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过(guò)引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找到(dào)了(le)暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是什么(me)？科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)提(tí)出了数(shù)十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒(lì)子所需要(yào)的(de)实验方式也不(bù)相同。在过去的(de)几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规(guī)物质相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行(xíng)了超(chāo)过50次的实验，却(què)没有任何实质性的(de)发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观(guān)测到了某种信号(hào)。经(jīng)过(guò)了(le)20多(duō)年的数据收集，人们(men)发(fā)现了一个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会在(zài)每年(nián)的6月份达(dá)到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认为这可(kě)能是人类(lèi)发(fā)现暗物质的(de)第一(yī)个(gè)直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物(wù)质流(liú)，这(zhè)个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时(shí)间，地(dì)球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一(yī)致的(de)，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到完全(quán)一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿越暗物(wù)质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河(hé)系的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这(zhè)个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们(men)所观测(cè)到(dào)的周期性信(xìn)号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的数量也符合(hé)这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这(zhè)里的(de)季节(jié)与之前(qián)的实验室(shì)正好相反，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运(yùn)动特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无法提(tí)供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的(de)用(yòng)途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体物理中心的(de)科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的(de)诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不(bù)会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存(cún)在的(de)淀粉勾芡后为什么会变稀，勾芡不泄汤的秘诀实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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