宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过去的(de)几十年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次(cì)的长期(qī)实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表了万(wàn)有引力(lì)定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家(jiā)们发现某些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过(guò)引力在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发(fā)现了(le)海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但(dàn)是(shì)这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们(men)上升(shēng)到星系或者(zhě)是星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一(yī)个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在(zài)一起。测(cè)量星系(xì)团的质量一(yī)般(bān)会使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一(yī)致，就可以确(què)定其(qí)质量的(de)范围。

第一种是获(huò)得(dé)其(qí)"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测(cè)量各个星系的光(guāng)度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相对于(yú)星系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学(xué)质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我(wǒ)们无(wú)法看(kàn)到(dào)。最诡异(yì)的(de)是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很(hěn)多(duō)星系的(de)速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质(zhì)量所产(chǎn)生的引力是(shì)无法将它(tā)们束(shù)缚在(zài)星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的(de)力量在(zài)起作用，这种力量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这样部(bù)分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们却占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时(shí)的人(rén)们对这样的(de)一(yī)种(zhǒng)说(shuō)法(fǎ)不(bù)屑一(yī)顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特(tè)在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速(sù)度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果没有足(zú)够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来解释暗(àn)物质(zhì)的(de)存在(zài)，这种方法就是测(cè)量星系(xì)当(dāng)中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进(jìn)入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距(jù)离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系位(wèi)于银(yín)河系(xì)的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(古巴人口和面积是多少，古巴多大面积和人口lǜ)进行计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原(yuán)因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是这些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了(le)一起。

也是从(cóng)这时开始，越(yuè)来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质(zhì)的(de)存在。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质(zhì)量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释(shì)这个现(xiàn)象的(de)原(yuán)因(yīn)。在(zài)一项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上(shàng)的微(wēi)小差异。另(lìng)外(wài)，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多(duō)，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须(xū)存(cún)在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常(cháng)的(de)物(wù)质(zhì)和力学定律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人(rén)提(tí)出，也许该星系(xì)的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附(fù)近的另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全(quán)面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不(bù)同(tóng)的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们(men)的轨道(dào)，按照(zhào)我们所(suǒ)理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的(de)尺度(dù)，引(yǐn)力(lì)之间的相互作用则是(shì)不(bù)同(tóng)的(de)方式。对于在星系团(tuán)之间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)，科学(xué)家还引入了(le)外部场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的(de)质量之间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要(yào)对(duì)现在(zài)的物(wù)理定律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)还(hái)有(yǒu)关(guān)于暗物质(zhì)存在的(de)其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量都在(zài)星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候(hòu)，星际(jì)气(qì)体的(de)相互作用(yòng)就会导致温度的(de)急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气(qì)体所在的中(zhōng)间(jiān)区(qū)域(yù)。那(nà)么我们通(tōng)过什么(me)来验证它(tā)的质(zhì)量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片中我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些星系本身并(bìng)不是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什么问(wèn)题，而是这样(yàng)极(jí)遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们地球上的(de)观测(cè)者之(zhī)间(jiān)。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大质量的(de)东(dōng)西的(de)引力，会使身(shēn)后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能是超大质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测的(de)时候，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当星(xīng)团发生全部的(de)碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的质(zhì)量(liàng)气体(tǐ)被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系(xì)团的(de)引力透镜研究也被(bèi)认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景(jǐng)上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际(jì)上(shàng)它们之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学(xué)家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值(zhí)图像进(jìn)行连通域提取和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来(lái)不应该是(shì)这样(yàng)的，而随着(zhe)暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解(jiě)释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物(wù)质(zhì)比例是一致(zhì)的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一个简单的(de)理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是(shì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们(men)不参与任何(hé)其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实际古巴人口和面积是多少，古巴多大面积和人口证据。这种粒(lì)子(zi)到(dào)底(dǐ)是什么(me)？科(kē)学家们已经(jīng)提(tí)出了(le)数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过(guò)去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会(huì)与常规物(wù)质相互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地学实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的(de)探测(cè)器，一直致力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科(kē)学家声称观测到了(le)某种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数(shù)据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质会(huì)产生周期性的(de)年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一(yī)致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的(de)方向正好(hǎo)达到(dào)完(wán)全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太(tài)阳系(xì)相(xiāng)对银河(hé)系(xì)的(de)平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究人(rén)员(yuán)们所观测到的周期(qī)性信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游客的数(shù)量(liàng)也(yě)符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学(xué)家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎相同的实(shí)验室(shì)，这里的季节与之前的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和(hé)第一(yī)个实验室是一样的(de)。

因此，如(rú)果在(zài)这里可(kě)以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截(jié)至目前还(hái)无法提(tí)供相(xiāng)应的数据(jù)支持(chí)。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提(tí)供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途(tú)就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命(mìng)进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不会(huì)意味(wèi)着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的(de)行(xíng)星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提是要(yào)先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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