宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存(cún)在的(de)证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了(le)超过(guò)50次(cì)的长(zhǎng)期(qī)实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往(wǎng)后的几百年(nián)来(lái)，当(dāng)天文(wén)学(xué)家们发现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天(tiān)体通过引力在摄动(dòng)它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了(le)海王(wáng)星的(de)存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就(jiù)的例(lì)子(zi)。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们(men)上升到星系或者是(shì)星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基(jī)正在研(yán)究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由(yóu)数千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨大(dà)星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量(liàng)一般(bān)会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要(yào)的数据是(shì)测量各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对于星系(xì)团的运(yùn)动(dòng)速(sù)度(dù)。当测(cè)量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存(cún)在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中很多星系的(de)速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生的(de)引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系(xì)团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起作用，这种力(lì)量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光(guāng)，但(dàn)是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们(men)对这样的一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在(zài)观测仙(xiān)女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果(guǒ)却(què)让人感到不(bù)可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保(bǎo)持(chí)不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万有引力(lì)定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学家们会(huì)使用一种(zhǒng)相对(duì)标(biāo)准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系(xì)当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度(dù)。如果出现异常的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是(shì)科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万(wàn)光年(nián)，根据(jù)万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那(nà)么(me)产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质，是这(zhè)些暗物(wù)质的(de)引力(lì)效应将星系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是从这(zhè)时(shí)开始(shǐ)，越来(lái)越多的研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个(gè)星系(xì)质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也(yě)会出现速度上的(de)微小差(chà)异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系不多，但是(shì)星(xīng)系(xì)当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗(àn)物质，否则就会分(fēn)崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们(men)使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以(yǐ)用(yòng)正常的物(wù)质和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的除了(le)暗(àn)物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能就是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式是不同的，这(zhè)意味(wèi)着在行(xíng)星系尺度(dù)中的天(tiān)体会沿着(zhe)它们(men)的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是上升到(dào)星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对(duì)于(yú)在星系(xì)团之间的相互作用，科学(xué)家(jiā)还(hái)引入(rù)了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在数(shù)百(bǎi)万光(guāng)年的(de)规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要(yào)对现(xiàn)在的物理(lǐ)定(dìng)律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗(àn)物质(zhì)假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系(xì)团所组(zǔ)成，类似(shì)这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞的时(shí)候，星际气(qì)体的(de)相(xiāng)互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系(xì)团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的(de)中间区域。那么(me)我们通过什么来验(yàn)证它的质量区域(yù)到底是不是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜(jìng)传(chuán)回(huí)了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的(de)高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变(biàn)。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可(kě)能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系(xì)团观测(cè)的时候(hòu)，发现(xiàn)它(tā)的大质量区(qū)域(yù)并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解(jiě)释(shì)方法就是当星(xīng)团(tuán)发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到(dào)的质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(biān)形成了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系(xì)团的引力透镜(jìng)研(yán)究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后(hòu)的二值图像进(jìn)行连通(tōng)域提(tí)取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释了很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在(zài)着某种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存(cún)在(zài)的实际(jì)证据(jù)。这种粒子(zi)到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目(mù)标(biāo)，而要寻(xún)找这(zhè)些不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式(shì)也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了(le)超(chāo)过50次的(de)实验(yàn)，却(què)没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着(zhe)地(dì)球上最大的地学(xué)实(shí)验室，这(zhè)个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高的探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的(de)周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年(nián)的(de)数(shù)据收集，人们(men)发现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样(yàng)。一些科学(xué)家认为山西有多少人口2023年，山西有多少人口2022这可能是人类发现暗物(wù)质(zhì)的第(dì)一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗(àn)物质存在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应(yīng)的(de)振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河(hé)系的(de)方向是(shì)一致(zhì)的，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正(zhèng)好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物(wù)质流最快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造(zào)成(chéng)这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的(de)水分、高山(shān)上的积雪，甚至连(lián)意大利游客(kè)的(de)数量也符合这个(gè)周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科(kē)学(xué)家们又(yòu)在南(nán)半球建立了一个(gè)几乎(hū)相(xiāng)同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的(de)运(yùn)动特征(zhēng)和第(dì)一(yī)个实验室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得到相同(tóng)的(de)信(xìn)号，就可(kě)以成为暗(àn)物(wù)质(zhì)所存(cún)在的非常有力(lì)的证据了。但是由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视(shì)场仪器提供的视野(yě)是哈(hā)勃(bó)红(hóng)外(wài)仪(yí)器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命进化的一(yī)个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的(de)暗物质(zhì)会不会(huì)意味着(zhe)人(rén)类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角落的(de)行星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这样的效应(yīng)创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在(zài)的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我更新(xīn)的动力！

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