宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家(jiā)们在(zài)过去(qù)的几十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家(jiā)们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星的存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可(kě)当几十块钱的阿富汗玉是真的吗我们上升到星系(xì)或者(zhě)是(shì)星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的(de)质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致，就(jiù)可以确(què)定(dìng)其质量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是(shì)测量各个星系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了(le)，或(huò)者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速度的(de)过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系(xì)的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量(liàng)所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非(fēi)有一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基(jī)提(tí)出了这样(yàng)部(bù)分不可见的暗质，它不发(fā)散(sàn)光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)几十块钱的阿富汗玉是真的吗据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的(de)质量。只是当(dāng)时的人(rén)们对这样(yàng)的一(yī)种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福(fú)特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们(men)观测的结(jié)果却让人感到不(bù)可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们(men)，这些外围(wéi)的(de)恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的方法来(lái)解(jiě)释(shì)暗物(wù)质的存在，这(zhè)种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距(jù)离(lí)星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异(yì)常的结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质(zhì)的力量(liàng)进(jìn)入其(qí)中。

于是科学(xué)家(jiā)们(men)通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了(le)距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发(fā)现它(tā)们的旋(xuán)转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系位于银河系(xì)的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系(xì)的运行速度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远远大于理(lǐ)论速(sù)度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着一(yī)种我们看不到的物(wù)质，是这(zhè)些(xiē)暗(àn)物(wù)质的引力(lì)效应将(jiāng)星系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在(zài)一项新的(de)研究当中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量(liàng)却只有银(yín)河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论上，该星系(xì)必须存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细(xì)测(cè)量之后，发(fā)现星系中的恒(héng)星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来(lái)解释(shì)的。那么又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系的暗(àn)物(wù)质，已(yǐ)经被附(fù)近(jìn)的(de)另一个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的(de)附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗(àn)物质的(de)假(jiǎ)说(shuō)之外(wài)，另(lìng)一(yī)种可(kě)能(néng)就是人类(lèi)对引力的理解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不同几十块钱的阿富汗玉是真的吗尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互作用(yòng)则是不(bù)同的(de)方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部(bù)场效应(yīng)的概念，指的是(shì)在数百万光年的(de)规模上，巨(jù)大的质量之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们(men)需(xū)要对现在的(de)物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此终结(jié)。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团(tuán)，它们大(dà)部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)大(dà)部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在(zài)的中间区(qū)域(yù)。那(nà)么我们通过(guò)什么来(lái)验证它的质量区域(yù)到(dào)底(dǐ)是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们(men)可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是(shì)真的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦(wéi)伯(bó)望远镜出了(le)什么问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的(de)天(tiān)体和我们地球上(shàng)的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量超(chāo)级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的(de)天体可能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星系(xì)团观(guān)测的(de)时候，发现它的(de)大质量区域并不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团的引力(lì)透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的(de)迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的(de)光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留(liú)下了各相同(tóng)性(xìng)的微(wēi)波辐射(shè)。其(qí)中红色(sè)的部分表示(shì)温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的(de)二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗(àn)物质，图形看起来不(bù)应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅(fú)度会减小，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是一致(zhì)的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简单的(de)理论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很多不(bù)同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能(néng)够(gòu)找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学(xué)家(jiā)们(men)已经提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不(bù)同的(de)目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类(lèi)为了(le)寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进(jìn)行了超过(guò)50次的实验，却(què)没有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球上最大(dà)的地学实验(yàn)室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层楼高的(de)探测器(qì)，一(yī)直致力(lì)于(yú)寻(xún)找暗物质(zhì)粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了(le)某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的(de)数据收集(jí)，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在(zài)每(měi)年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而且在(zài)20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一些科(kē)学(xué)家(jiā)认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)着银河系进(jìn)行(xíng)移(yí)动，那(nà)么如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我们(men)也(yě)在以(yǐ)这(zhè)样的速(sù)度在穿越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的(de)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致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地(dì)球与太阳(yáng)的(de)方向正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物(wù)质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况中，太(tài)阳系相对(duì)银(yín)河系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)的(de)有效性。

因(yīn)此科(kē)学家(jiā)认(rèn)为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客(kè)的数量(liàng)也(yě)符合这个周期的(de)规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动特(tè)征(zhēng)和第(dì)一个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在(zài)这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非(fēi)常有力(lì)的证据了(le)。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽(kuān)视(shì)场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一个关键(jiàn)的(de)用途(tú)就是探索暗(àn)物(wù)质背后的奥(ào)秘(mì)，对于(yú)探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验室粒(lì)子(zi)天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在(zài)，它们(men)极(jí)有可(kě)能拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进化的(de)一个(gè)重要因素(sù)。

如果这一(yī)理论得(dé)到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不会意味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物(wù)质存(cún)在(zài)的(de)实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存(cún)不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新(xīn)的(de)动力！

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