宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十(shí)年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的(de)有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的(de)几百年(nián)来，当天文学(xué)家(jiā)们发现(xiàn)某些(xiē)天体(tǐ)运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的(de)时候，他们就会(huì)知道，周围一定(dìng)有未知的天(tiān)体通(tōng)过(guò)引(yǐn)力在(zài)摄(shè)动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且发现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定(dìng)律所(suǒ)取得重大(dà)天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是(shì)在恒星(xīng)系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到(dào)星系或者是(shì)星团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系(xì)团的(de)质量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的(de)质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方(fāng)法结(jié)果(guǒ)一致，就可以确定其质量(liàng)的(de)范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量各个(gè)星系的光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相对于(yú)星系团的运动速度(dù)。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力(lì)学质(zhì)量(liàng)”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将它们束(shù)缚在星系团内的(de)，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外(wài)了，除(chú)非(fēi)有(yǒu)一(yī)种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来(lái)源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可(kě)见的(de)暗(àn)质，它不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再(zài)一次出现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒(héng)星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上的(de)运行速(sù)度就会越慢。但是(shì)他们观测(cè)的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变地铁的时速一般是多少公里，地铁的时速一般是多少码。可是(shì)根据(jù)牛顿(dùn)的(de)万有引力定律，在星(xīng)系(xì)当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现象，科学(xué)家们会使用一种相对(duì)标准的方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的(de)力(lì)量进入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银(yín)河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系(xì)的(de)运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么(me)产生以上(shàng)这(zhè)种向心加速度的原因很(hěn)可能(néng)就是存(cún)在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多(duō)的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科(kē)学家(jiā)根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗(àn)物质(zhì)的(de)质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质(zhì)并(bìng)不(bù)是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河系不多(duō)，但(dàn)是星系当中存(cún)在的恒星数量却只(zhǐ地铁的时速一般是多少公里，地铁的时速一般是多少码)有(yǒu)银河系(xì)的千(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则(zé)就会分崩离析(xī)。但是科(kē)学家们(men)使(shǐ)用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正(zhèng)常的(de)物质和力学定(dìng)律来解释的。那么(me)又(yòu)有(yǒu)人(rén)提出，也许该(gāi)星系的(de)暗物质，已经被附近的(de)另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的(de)除了暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一(yī)种可能就(jiù)是人(rén)类对引力的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度(dù)空间(jiān)中(zhōng)的工(gōng)作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照我们所理解的(de)方(fāng)式运动(dòng)。但是上升(shēng)到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的(de)相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的(de)是(shì)在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)成立，这意味着我们需要(yào)对现在(zài)的物理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发(fā)现也让很多人(rén)认为暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没(méi)法(fǎ)解释的(de)“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成(chéng)，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温(wēn)度的急(jí)剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的质量(liàng)将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来验证它的质量区(qū)域(yù)到底(dǐ)是(shì)不是(shì)集中在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全(quán)彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地(dì)看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么(me)问题，而(ér)是这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系(xì)的光都(dōu)发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超(chāo)大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测的时(shí)候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团(tuán)发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域(yù)，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认为是(shì)暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其(qí)中红色的部(bù)分(fēn)表示温度(dù)较高的(de)区(qū)域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背(bèi)景分离后的二(èr)值图像进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我们(men)需要(yào)的暗物(wù)质大约是普通物质的(de)5倍。这个数(shù)字与解释(shì)星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是(shì)一致的。这就意(yì)味着。

用了(le)一(yī)个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多(duō)不同的(de)观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科(kē)学家们(men)已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找这(zhè)些不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年(nián)当(dāng)中，人类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相互作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地学实验室(shì)，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼高的探(tàn)测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的周期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观(guān)测到了(le)某种信号。经过(guò)了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事(shì)情。探测(cè)率会在每年的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(dāng)中每年都(dōu)是一(yī)样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的(de)第(dì)一个(gè)直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行(xíng)移(yí)动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我(wǒ)们也(yě)在(zài)以这(zhè)样的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球围绕(rào)太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达到完全(quán)一(yī)致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研究人员们(men)所观(guān)测到的(de)周期性信(xìn)号(hào)。当(dāng)然也(yě)可能(néng)有其他(tā)的(de)情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利(lì)游客的数量也(yě)符合(hé)这个周期(qī)的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前(qián)的实验室正好相反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗(àn)物(wù)质流(liú)的运动特征和第(dì)一个实验室(shì)是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可(kě)以得到相同(tóng)的(de)信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至(zhì)目前(qián)还(hái)无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的(de)结(jié)果，我们只能拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实(shí)验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的(de)一(yī)个(gè)重要(yào)因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的(de)暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这(zhè)样(yàng)的效应创造生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的大(dà)前提是要先找到(dào)暗物质存在的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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