宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究(jiū)竟是什么(me)？人类为了寻(xún)找暗物质存在(zài)的证据，科学家们(men)在过去的几十(shí)年(nián)当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次(cì)的(de)长(zhǎng)期实验，但是却没(méi)有(yǒu)发现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天(tiān)文学家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并(bìng)且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的(de)发现都是应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取(qǔ)得重(zhòng)大天文(wén)成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们(men)上升到星系或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测(cè)量后发星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个由数千个星系(xì)所组成的巨(jù)大(dà)星系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第(dì)一种是获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要的(de)数(shù)据是测量各个星系的(de)光度。

第(dì)二(èr)种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量(liàng)星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动(dòng)力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最(zuì)诡异的(de)是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按照牛顿的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系(xì)的质(zhì)量所产(chǎn)生的(de)引力是无法将它们束(shù)缚在星系团(tuán)内的(de)，它(tā)们早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之(zhī)外(wài)了，除非有一种神秘(mì)的力量在(zài)起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部分(fēn)不可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的质(zhì)量(liàng)。只是(shì)当时的(de)人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这(zhè)个(gè)词才再一次出现。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速(sù)度(dù)就会越(yuè)慢(màn)。但是(shì)他们观测(cè)的结果却(què)让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律，在星系(xì)当(dāng)中(zhōng)如果(guǒ)没有(yǒu)足(zú)够大(dà)的质量来吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是(shì)测(cè)量星系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出(chū)现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其(qí)中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系中心(xīn)更远距离(lí)的(de)氢元素(sù)，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的(de)第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进行计(jì)算，太(tài)阳(yáng)系(xì)的(de)运行速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度(dù)远(yuǎn)远(yuǎn)大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速(sù)度的原因很可(kě)能就是存在(zài)着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系(xì)聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学(xué)家(jiā)根据(jù)星系外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的(de)质量(liàng)占整个星(xīng)系质(zhì)量(liàng)的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一(yī)项(xiàng)新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的(de)遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的(de)微小差异。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(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河系(xì)不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数(shù)量(liàng)却只有银河系(xì)的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之(zhī)后(hòu)，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是可(kě)以用正常的物质(zhì)和力(lì)学定律(lǜ)来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的(de)另一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附近没有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不(bù)够全面(miàn)，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系(xì)尺度中的(de)天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按(àn)照我们(men)所理解的(de)方(fāng)式运动。但(dàn)是上(shàng)升(shēng)到星系(xì)和星团的尺度，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)团之间的相互伊拉克是不是被灭国了(hù)作用，科学家(jiā)还(hái)引入了外部(bù)场(chǎng)效应的(de)概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这(zhè)个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在的物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些(xiē)发(fā)现也(yě)让很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其他(tā)的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的星团，它们大(dà)部分的普通(tōng)质量都(dōu)在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的(de)质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来验(yàn)证它(tā)的质(zhì)量区域到底(dǐ)是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在(zài)照(zhào)片(piàn)中(zhōng)我(wǒ)们可以明(míng)显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球(qiú)上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就(jiù)是(shì)引力(lì)透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质(zhì)量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了(le)中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过了(le)这个区域，并(bìng)在两边形成(chéng)了(le)引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系团的引力(lì)透镜研究也(yě)被认为是暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的迄今(jīn)为止最(zuì)好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上(shàng)留下了(le)各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的(de)区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它们(men)之间的(de)温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背(bèi)景(jǐng)分离(lí)后的二值图像进行连(lián)通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的(de)增加，一些(xiē)峰(fēng)值(zhí)的幅(fú)度(dù)会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大约(yuē)是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数(shù)十种的(de)假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地(dì)球(qiú)上最大的地(dì)学实验(yàn)室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声称观测(cè)到了某种信(xìn)号。经过了20多年的(de)数据(jù)收集，人们发现了(le)一个(gè)有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这(zhè)可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕着(zhe)银河系进(jìn)行(xíng)移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这样的速度(dù)在(zài)穿越着暗物质流(liú)，这(zhè)个(gè)过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达(dá)到(dào)完全一致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家(jiā)认为这可以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员们(men)所观测到的周期性(xìng)信号(hào)。当然也可能有其他的(de)情况，造成(chéng)这种年(nián)度周期信号的差异也(yě)可(kě)能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的数量也符(fú)合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建立(lì)了一(yī)个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与(yǔ)之前的(de)实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的(de)运动特征和第(dì)一(yī)个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但(dàn)是(shì)由于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以(yǐ)截至目(mù)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镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野(yě)是(shì)哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其中一个(gè)关键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质背后(hòu)的(de)奥秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体物理中心的(de)科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的(de)诞生，或者说(shuō)是生命进化的(de)一(yī)个重要因素。

如(rú)果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质(zhì)会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过(guò)这样的(de)效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大(dà)前提是(shì)要先找到暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际证(zhèng)据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物质到(dào)底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新的动力！

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