宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人(rén)类为了(le)寻找暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学家(jiā)们在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没有发(fā)现(xiàn)任(rèn)何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了(le)一个地(dì)方(fāng)，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲学(xué)数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动(dòng)的(de)规(guī)律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推算并(bìng)且发现了海王星(xīng)的存(cún)在。另外(wài)，哈(hā)雷彗(huì)星(xīng)、冥(míng)王星的发(fā)现都是应用万有引力(lì)定律所(suǒ)取得(dé)重大天文成(chéng)就的例子。但(dàn)是(shì)这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团(tuán)的(de)尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量(liàng)后发星系团的质(zhì)量。这是一(yī)个由(yóu)数(shù)千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团(tuán)的质量一般(bān)会使用到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中的各个(gè)星(xīng)系(xì)相对于星系团的(de)运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发(fā)座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们(men)无法看到(dào)。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要(yào)快得多，按(àn)照牛(niú)顿的(de)运动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系(xì)的质量所(suǒ)产生的引力是无(wú)法(fǎ)将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来(lái)源于(yú)某种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹(zī)维基提(tí)出了这样(yàng)部分(fēn)不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的(de)质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们(men)对(duì)这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙(xiān)女座星系中的恒(héng)星(xīng)运动。理(lǐ)论上(shàng)来说(shuō)，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观(guān)测(cè)的结果却让(ràng)人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们(men)，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相(xiāng)对(duì)标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测(cè)量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)的(de)距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心(xīn)更远距(jù)离的(de)氢元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转速度并不(bù)符合牛顿(dùn)的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系(xì)位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万(wàn)有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算，太阳系的(de)运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系(xì)正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因很可(kě)能就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是这些暗(àn)物质的(de)引力(lì)效应将星系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越(yuè)多(duō)的(de)研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的(de)速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河系的(de)千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论上(领略的意思shàng)，该星系必须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小时的(de)详细(xì)测量(liàng)之后，发现星系(xì)中的恒星(xīng)运动是(shì)可(kě)以(yǐ)用(yòng)正常的(de)物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被(bèi)附近的(de)另一个大(dà)星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还(hái)不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是(shì)不同的(de)，这意味着在行(xíng)星(xīng)系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照(zhào)我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作(zuò)用则(zé)是不同的(de)方式(shì)。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作用，科(kē)学家(jiā)还(hái)引入(rù)了外(wài)部场效应的概念，指的(de)是在数(shù)百万光年(nián)的(de)规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇宙当中还(hái)有关于暗物(wù)质存(cún)在的其(qí)他的(de)理论证据(jù)，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质(zhì)量都在(zài)星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体的(de)相互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大部(bù)分的质量将位于所有这(zhè)些气体(tǐ)所(suǒ)在(zài)的(de)中间区域(yù)。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们(men)可(kě)以明显地(dì)看到很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不(bù)是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题(tí)，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身(shēn)后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量(liàng)的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发现它的大质量(liàng)区域(yù)并不是在中(zhōng)间(jiān)，而(ér)是(shì)在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解(jiě)释(shì)方法就(jiù)是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到(dào)的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在(zài)了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之(zhī)后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下了各(gè)相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区(qū)域，但实际上(shàng)它们之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背景分(fēn)离后的二值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后发(fā)现，如(rú)果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动(dòng)所需(xū)要的暗物(wù)质比例是(shì)一致(zhì)的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个简单的(de)理论框(kuāng)架，就很好地解释了很(hěn)多(duō)不同的(de)观测结果。而暗物(wù)质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子(zi)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(lì)子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所需(xū)要的实(shí)验(yàn)方式(shì)也不相同。在(zài)过去的(de)几十年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不(bù)到(dào)，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集(jí)，人(rén)们发现了一(yī)个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发(fā)现暗物质的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着(zhe)银河系(xì)进行移(yí)动(dòng)，那么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)太(tài)阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另(lìng)外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地(dì)球与太阳的(de)方向(xiàng)正好达到完(wán)全一致(zhì)，这是理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的(de)情况中，太(tài)阳系(xì)相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个(gè)理论的(de)有效(xiào)性。

因(yīn)此科学(xué)家认为(wèi)这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观(guān)测到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信号(hào)的差异也可(kě)能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的(de)数量也符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎(hū)相同(tóng)的实验室(shì)，这里的季节(jié)与之前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地(dì)球(qiú)穿(chuān)过暗物质流(liú)的运(yùn)动特征(zhēng)和(hé)第一个(gè)实验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力(lì)的证据了。但是(shì)由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应(yīng)的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器(qì)提供(gōng)的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途(tú)就是探索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对(duì)于探(tàn)测(cè)的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果暗(àn)物(wù)质存(cún)在(zài)，它们(men)极有可能(néng)拥有另一(yī)种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的(de)诞生，或者说是生命(mìng)进化(huà)的一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的(de)效应创造(zào)生(shēng)命。当然，这些(x领略的意思iē)推论(lùn)的大前提是要(yào)先找到(dào)暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉(jué)得(dé)暗(àn)物(wù)质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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