宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科(kē)学(xué)无(wú)法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学家们在过(guò)去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次(cì)的长期(qī)实验，但(dàn)是却(què)没有发(fā)现(xiàn)任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出版的自(zì)然(rán)哲(zhé)学数(shù)学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学(xué)家们发(fā)现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出现异常，不符(fú)合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就会(huì)知道(dào)，周围一定有未知的(de)天体通(tōng)过(guò)引力在(zài)摄(shè)动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的(de)异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力(lì)定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系(xì)统(tǒng)的尺(chǐ)度(dù)当(dāng)中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士(shì)的(de)物理(lǐ)学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和测量(liàng)后发(fā)星系团的质(zhì)量。这是(shì)一(yī)个(gè)由数(shù)千个(gè)星系所组成的巨大(dà)星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可(kě)以确(què)定其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第(dì)二(èr)种是(shì)动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱红移测量星(xīng)系团中的各(gè)个星系相对于星系团(tuán)的运(yùn)动速(sù)度。当测量结(jié)果(guǒ)出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量(liàng)消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在(zài)测量速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星(xīng)系(xì)团中很(hěn)多星系的速(sù)度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质(zhì)量所产生的引(yǐn)力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们早就应该被(bèi)抛出(chū)星系(xì)团之外了，除(chú)非有一种神秘(mì)的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力(lì)量来(lái)源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只是(shì)当时(shí)的人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中(zhōng)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(guǐ)道上的运行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果(guǒ)却(què)让人感到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中如果没(méi)有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们(men)会(huì)使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存(cún)在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于是科学家(jiā)们(men)通过射(shè)电望远镜测量了(le)距离星(xīng)系中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们的(de)旋转速度(dù)并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我们(men)的太阳系也(yě)不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第(dì)三悬臂(bì)之(zhī)绿豆汤的热量是多少大卡上，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际(jì)上，太(tài)阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河(hé)系旋(xuán)转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度的原因很可能(néng)就是存在着(zhe)一种我们看(kàn)不(bù)到的(de)物质，是这些暗(àn)物质的引力(lì)效应将星(xīng)系(xì)聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科(kē)学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星(xīng)数量(liàng)却只有银河系(xì)的(de)千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必(bì)须存在暗(àn)物(wù)质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析。但是科(kē)学(xué)家们使(shǐ)用最先进的望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发(fā)现(xiàn)星(xīng)系中的(de)恒星运动是可以用正常的(de)物质和力学(xué)定律来解释的。那么(me)又有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近(jìn)没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是(shì)人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力(lì)很可能(néng)在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系(xì)尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的(de)方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相互(hù)作用则(zé)是不同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还引入了(le)外部场(chǎng)效(xiào)应的(de)概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万光年(nián)的规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会(huì)产生对彼此特殊的(de)效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对现在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物(wù)质存在的其他的(de)理论证绿豆汤的热量是多少大卡(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的(de)星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的星团，它们大(dà)部分(fēn)的普通质(zhì)量都在(zài)星系的气(qì)体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时(shí)候，星际气(qì)体的相互作用就会(huì)导致(zhì)温度(dù)的急剧升(shēng)高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们通过什么来验证它的(de)质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在(zài)照(zhào)片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了(le)什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上的(de)观(guān)测者之间。被一个(gè)质(zhì)量(liàng)超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系(xì)的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系(xì)团观测的(de)时(shí)候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观(guān)测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗(àn)物(wù)质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系(xì)团的引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)研(yán)究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间(jiān)背景上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色的部分(fēn)表示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上它们(men)之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们(men)通(tōng)过对(duì)前(qián)景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们(men)需要(yào)的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解释星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需(xū)要的暗物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不(bù)同的观测(cè)结果。而暗物质(zhì)的(de)本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何(hé)其(qí)他(tā)的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的(de)存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经提出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目(mù)标(biāo)，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需(xū)要的(de)绿豆汤的热量是多少大卡实验(yàn)方(fāng)式也不相同。在过去的几十(shí)年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规(guī)物(wù)质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何(hé)实(shí)质性的发(fā)现，除了(le)一个(gè)地方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地(dì)球上最大的(de)地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学家声(shēng)称(chēng)观测到(dào)了某种信号。经过了20多(duō)年的(de)数据收集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后(hòu)在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性(xìng)的年(nián)度(dù)信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这(zhè)样的速度(dù)在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)太阳进行(xíng)旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的(de)时间(jiān)，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是一致的，而(ér)另外(wài)半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地(dì)球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最(zuì)快(kuài)的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其他的(de)情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚(shèn)至连(lián)意大(dà)利游(yóu)客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验(yàn)室是(shì)一样(yàng)的(de)。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信(xìn)号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所存在的(de)非常有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们极有可能(néng)拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物质效应，会(huì)支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一步的证实，那(nà)么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不(bù)会意(yì)味着人类并不孤(gū)单(dān)呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前(qián)提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的(de)动力！

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