宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么(me)？人(rén)类为了寻(xún)找暗(àn)物质存在的(de)证据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何(hé)的有效证据(jù)。除(chú)了一(yī)个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数(shù)学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示(shì)了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算并且发现(xiàn)了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发(fā)现都是应(yīng)用万(wàn)有引力定(dìng)律所取得重大(dà)天文成就(jiù)的(de)例子(zi)。但是(shì)这些发现都是在恒星系(xì)统的(de)尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正在研究(jiū)和测(cè)量后发(fā)星系团的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测(cè)量星系团的(de)质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确(què)定其质量的(de)范围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度学(xué)的(de)质(zhì)量"，需(xū)要的数据是(shì)测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的(de)各(gè)个星(xīng)系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系团中很多(duō)星(xīng)系(xì)的(de)速(sù)度(dù)比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系的质量(liàng)所产生的引力(lì)是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外(wài)了(le)，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的(de)质量。只是当时的人们对这样的一种说当兵至少要当几年才可以退伍呢，当兵至少当几年才能退伍(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运(yùn)行速(sù)度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的(de)万有引力定(dìng)律，在星系当中如(rú)果没有足(zú)够大的质(zhì)量(liàng)来吸(xī)引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对(duì)标(biāo)准(zhǔn)的方法(fǎ)来(lái)解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是由暗(àn)物(wù)质的(de)力(lì)量(liàng)进(jìn)入其(qí)中。

于是科学家们(men)通过射电望(wàng)远镜测量了距离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)更(gèng)远距(jù)离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们(men)的(de)旋转速(sù)度(dù)并不(bù)符合(hé)牛顿的力学(xué)定(dìng)律(lǜ)。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例(lì)外(wài)，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第(dì)三悬臂(bì)之上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可能就是存在着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的物质，是(shì)这些暗(àn)物(wù)质(zhì)的引力效应(yīng)将星系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越来越多的(de)研(yán)究人员开始相信暗(àn)物质的(de)存(cún)在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的(de)速(sù)度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占整个星系(xì)质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释(shì)这个现象(xiàng)的(de)原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之(zhī)间(jiān)，也(yě)会(huì)出现速度(dù)上的微小差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之(zhī)一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜对其(qí)进行(xíng)了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来解(jiě)释的。那么又(yòu)有(yǒu)人(rén)提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗(àn)物(wù)质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在(zài)。造成这(zhè)些现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对(duì)引力的理解还(hái)不够全(quán)面，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是(shì)上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于(yú)在星系团(tuán)之间的(de)相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引入(rù)了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特(tè)殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立(lì)，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要(yào)对现在(zài)的物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗(àn)物质存(cún)在的其他(tā)的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释(shì)的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的(de)普通质(zhì)量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的(de)急(jí)剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的(de)质量将位于所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质(zhì)量(liàng)区(qū)域到(dào)底是不(bù)是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片(piàn)，在(zài)照片中我们(men)可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨大的形变(biàn)。其实(shí)这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和(hé)我们地球上(shàng)的观测者之间(jiān)。被一个(gè)质量(liàng)超级(jí)巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的东(dōng)西(xī)的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的(de)光都发生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是(shì)引力(lì)透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能(néng)是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到(dào)的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜(jìng)研(yán)究(jiū)也被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色(sè)的部分表示温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区(qū)域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后的(de)二值(zhí)图(tú)像进(jìn)行连(lián)通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所需要(yào)的暗物(wù)质(zhì)比例是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释(shì)了很多不同的观测结(jié)果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何(hé)其他的电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相互(hù)作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找到(dào)这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找到了(le)暗物质存(cún)在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数(shù)十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻(xún)找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除了(le)一个地(dì)方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大的地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发(fā)现了一个(gè)有趣(qù)的事情。探测率会(huì)在(zài)每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些(xiē)科(kē)学家认为这可能是(shì)人类发现暗(àn)物质的第一(yī)个直(zhí)接(jiē)证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么(me)如果暗物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在以这样(yàng)的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年(ni当兵至少要当几年才可以退伍呢，当兵至少当几年才能退伍án)则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的(de)方向正好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗(àn)物(wù)质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河(hé)系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这(zhè)个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人员们所观测到(dào)的(de)周(zhōu)期性(xìng)信(xìn)号。当然也可(kě)能有其(qí)他的情(qíng)况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的(de)数(shù)量也符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在南半(bàn)球(qiú)建立了一(yī)个(gè)几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季节(jié)与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和(hé)第(dì)一个实(shí)验室(shì)是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪器提供的(de)视野是哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其中一(yī)个(gè)关键的用途(tú)就(jiù)是探索暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我们只能(néng)拭目以待了(le)。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生(shēng)命的诞(dàn)生(shēng)，或者说(shuō)是生命(mìng)进(jìn)化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到(dào)进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过这(zhè)样(yàng)的(de)效(xiào)应(yīng)创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推(tuī)论(lùn)的大(dà)前提是要先找到暗(àn)物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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