宇宙是“人为制造”的(de)？为何(hé)会存在科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的(de)证据，科学(xué)家们(men)在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书(shū)中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运(yùn)动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万有引力(lì)定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一定(dìng)有未知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通(tōng)过(guò)天王(wáng)星(xīng)运行(xíng)轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王(wáng)星的存(cún)在(zài)。另外(wài)，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现都是(shì)应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文(wén)成就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系(xì)或(huò)者(zhě)是星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开(kāi)始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在(zài)研究(jiū)和测(cè)量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量的(de)范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学(xué)的质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各(gè)个星系(xì)的(de)光(guāng)度。

第二种是动力(lì)学质量的(de)计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的各个星(xīng)系相(xiāng)对(duì)于星系团(tuán)的运动速度(dù)。当(dāng)测量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异的(de)是，在测量速度的(de)过(guò)程(chéng)中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的(de)速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的(de)引(yǐn)力是无(wú)法(fǎ)将它们束(shù)缚(fù)在星系(xì)团内的，它们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它(tā)们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是(shì)当(dāng)时的人(rén)们对这样(yàng)的(de)一种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个(gè)词决别和诀别哪个是对的意思，诀别和决别是什么意思才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却(què)让人感到不可(kě)思议(yì)。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力(lì)定律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的(de)恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于(yú)这种现(xiàn)象(xiàng)，科学(xué)家们(men)会(huì)使(shǐ)用一(yī)种相对(duì)标(biāo)准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离(lí)，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学(xué)家(jiā)们(men)通(tōng)过射电望远镜测量了(le)距离(lí)星(xīng)系中心更远距离(lí)的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不(bù)符合(hé)牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系(xì)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(yǐn)力定(dìng)律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的(de)运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理论速度(dù)，那么产生(shēng)以(yǐ决别和诀别哪个是对的意思，诀别和决别是什么意思)上这(zhè)种向心加速(sù)度的原(yuán)因很可能就是(shì)存在着一(yī)种我们(men)看不(bù)到的物质，是这些暗(àn)物(wù)质的引力效应将星系(xì)聚集(jí)在(zài)了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开(kāi)始，越来越(yuè)多的(de)研究人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家(jiā)根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系(xì)当中暗(àn)物(wù)质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还(hái)发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地(dì)球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河系不(bù)多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物(wù)质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象(xiàng)的(de)除了暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一(yī)种可能就是人类对引力(lì)的(de)理(lǐ)解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作方(fāng)式是不同的，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺度中的(de)天体会沿着它们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方(fāng)式(shì)。对于在(zài)星系团之间(jiān)的(de)相互作用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的(de)质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也(yě)让很(hěn)多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙(méng)德理论(lùn)所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星团(tuán)，它们(men)大部分的(de)普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候，星际(jì)气体的相互作(zuò)用(yòng)就会导致(zhì)温度的急(jí)剧(jù)升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所(suǒ)在(zài)的(de)中间(jiān)区(qū)域。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验证它(tā)的(de)质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们(men)可以明显地看(kàn)到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形变。其实(shí)这些星(xīng)系本身并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一(yī)个质(zhì)量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它(tā)的(de)大质量区域(yù)并不(bù)是(shì)在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方法就(jiù)是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了(le)这(zhè)个区(qū)域，并在两边(biān)形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子(zi)弹星系团(tuán)的(de)引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了各相同性的(de)微波辐射。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温度(dù)较(jiào)高(gāo)的(de)区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过(guò)对(duì)前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图(tú)像进行连(lián)通域提(tí)取和(hé)标记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图(tú)形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要(yào)的(de)暗(àn)物(wù)质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要(yào)的暗物质比例是一(yī)致的。这就(jiù)意(yì)味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地(dì)解释了(le)很多不(bù)同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子，它们(men)不(bù)参与任何其他(tā)的电磁作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的(de)存(cún)在，就相当于找到了暗(àn)物(wù)质存在(zài)的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十(shí)种(zhǒng)的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的(de)目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实(shí)验(yàn)方式也不相同。在过(guò)去的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些看不(bù)见、摸(mō)不(bù)到，几乎不(bù)会(huì)与常规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的(de)地下(xià)矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)决别和诀别哪个是对的意思，诀别和决别是什么意思高的探测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的(de)科学家(jiā)声称(chēng)观测到(dào)了某种信号(hào)。经过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们发现了一(yī)个(gè)有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是(shì)人类发(fā)现(xiàn)暗(àn)物(wù)质(zhì)的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移(yí)动(dòng)，那么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也(yě)在以(yǐ)这样的速(sù)度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相(xiāng)应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕(rào)银(yín)河系的(de)方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而(ér)在6月(yuè)份的时(shí)候，地(dì)球与太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这是(shì)理论上地(dì)球穿(chuān)越暗物质流最快的(de)时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可(kě)以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当(dāng)然(rán)也可能(néng)有(yǒu)其他(tā)的情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的积(jī)雪，甚(shèn)至(zhì)连(lián)意大利游(yóu)客的数量也符(fú)合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南(nán)半(bàn)球建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之(zhī)前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的(de)运动特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得(dé)到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目(mù)前还(hái)无法提供相应的数据(jù)支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的望远镜(jìng)，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的(de)视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关(guān)键的(de)用途(tú)就(jiù)是探索暗物(wù)质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在(zài)，它们(men)极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞(dàn)生，或者(zhě)说(shuō)是生(shēng)命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这(zhè)样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先(xiān)找到暗物质存在(zài)的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗(àn)物质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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