宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家(jiā)们(men)在过去的几十年当中(zhōng)进行了(le)超过(guò)50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出(chū)现异常，不(bù)符(fú)合(hé)万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力(lì)在摄动(dòng)它的(de)轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶(yé)就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了(le)海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定律所取得重(zhòng)大天文(wén)成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士(shì)的(de)物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基(jī)正在研究和(hé)测量后(hòu)发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这些星系(xì)被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得(dé)其(qí)"光(guāng)度学(xué)的(de)质量(liàng)"，需要的(de)数(shù)据是测量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利(lì)用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团中的各个星系相对于星(xīng)系团的(de)运动速度。当(dāng)测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度(dù)学质(zhì)量(liàng)”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的夏洛的网作者是谁 夏洛的网主人公是谁是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理(lǐ)论上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产(chǎn)生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力(lì)量来源于(yú)某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们(men)却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是(shì)当时的(de)人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女座星系(xì)中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上(shàng)来说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的(de)运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心距(jù)离(lí)的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力(lì)定律，在星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方法来(lái)解释(shì)暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测量了距(jù)离(lí)星系中心(xīn)更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度并(bìng)不(bù)符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是存在着一(yī)种我们(men)看不到的物质，是这(zhè)些暗(àn)物(wù)质(zhì)的引力(lì)效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的(de)存在。科学(xué)家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系(xì)质量的(de)85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速(sù)度(dù)上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一个反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和(hé)银河系不(bù)多(duō)，但是(shì)星(xīng)系当中存(cún)在的(de)恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必须(xū)存(cún)在(zài)暗(àn)物质，否(fǒu)则(zé)就会分(fēn)崩离(lí)析。但是科(kē)学家们(men)使用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了(le)40个小时的详细测量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人(rén)提出(chū)，也许该星系(xì)的暗(àn)物质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近(jìn)没有任何星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作(zuò)方式是不(bù)同(tóng)的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的(de)天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和(hé)星团的尺(chǐ)度(dù)，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用则是不同的(de)方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的是(shì)在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对(duì)现在(zài)的物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当(dāng)中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没(méi)法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星(xīng)团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系(xì)的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的(de)时候，星际气体的(de)相互作用就会导致温度(dù)的急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将位于所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过(guò)什么来验(yàn)证它的质量区域到底是(shì)不(bù)是(shì)集中在中间(jiān)呢(ne)？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的(de)高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很多(duō)星系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者(zhě)之间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系(xì)的光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的(de)时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量(liàng)区(qū)域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到的质量(liàng)气体被卡在(zài)了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也(yě)被认为是暗物质存(cún)在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无(wú)阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的(de)区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对(duì)前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连(lián)通域提取和标记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有(yǒu)暗物(wù)质，图形(xíng)看起来不应该是这样的(de)，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会(huì)减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射的测(cè)量值，我们需(xū)要(yào)的(de)暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物(wù)质比例是(shì)一(yī)致(zhì)的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观(guān)测结果。而(ér)暗物质的(de)本(běn)质(zhì)就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存(cún)在(zài)着某种类型的粒(lì)子，它们不参(cān)与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力(lì)来(lái)相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数(shù)十(shí)种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要的(de)实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过去的(de)几(jǐ)十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行(xíng)了超(chāo)过50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质(zhì)性(xìng)的发现，除了(le)一(yī)个地方(fāng)，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了(le)20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们发(fā)现了一(yī)个(gè)有趣的(de)事情。探测(cè)率会(huì)在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在(zài)20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类(lèi)发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物(wù)质会产生周期性的(de)年度信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是一致(zhì)的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物(wù)质(zhì)流最快的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系(xì)相对银河系(xì)的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员(yuán)们所观测到的周期(qī)性信号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的(de)情况，造成这(zhè)种年(nián)度周期信(xìn)号的(de)差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游客的(de)数(shù)量也(yě)符合这个周期(qī)的规(guī)律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了(le)一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的(de)季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流(liú)的运(yùn)动特征和第(dì)一(yī)个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力(lì)的证(zhèng)据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前(qián)还无法提供相应的(de)数(shù)据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其中一个关键(jiàn)的(de)用途就(jiù)是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测的(de)结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的(de)科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗(àn)物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这(zhè)样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前(qián)提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物(wù)质存(cún)在的实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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