宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解(jiě)释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去(qù)的几十(shí)年(nián)当中进(jìn)行了(le)超过50次的长期(qī)实(shí)验，但是却没有发现(xiàn)任何的(de)有效证(zhèng)据。除了一(yī)个(gè)地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运(yùn)动(dòng)的规律。往后的(de)几百年来(lái)，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有(yǒu)引力定律(lǜ)的(de)时候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星(xīng)运行轨道的(de)异常(cháng)，推算并且发(fā)现了海王(wáng)星的存在(zài)。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力定律所取(qǔ)得重大(dà)天文成就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都(dōu)是(shì)在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或(huò)者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星(xīng)系(xì)团(tuán)的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚在(zài)一(yī)起(qǐ)。测量星系团的质量一般会(huì)使用到(dào)两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其(qí)质量的(de)范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团中的各(gè)个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的质量并不(bù)以可见光的(de)形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的(de)速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的(de)质量(liàng)所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无法将它们束(shù)缚(fù)在星系团内(nèi)的(de)，它(tā)们(men)早(zǎo)就应(yīng)该(gāi)被抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的(de)人们(men)对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾(bīn)和肯(kěn)特福(fú)特(tè)在(zài)观测(cè)仙女(nǚ)座(zuò)星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上来说(shuō)，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人(rén)感到不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心(xīn)距离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释暗物质的(de)存(cún)在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物(wù)质的(de)力量(liàng)进入(rù)其(qí)中。

于是科学家们(men)通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度(dù)并(bìng)不符合(hé)牛(niú)顿的(de)力学(xué)定律。我们(men)的太(tài)阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的(de)第三悬臂(bì)之(zhī)上(shàng)，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论(lùn)速度(dù)，那(nà)么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加速度的(de)原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到(dào)的物(wù)质，是这(zhè)些暗(àn)物质的(de)引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开始相信(xìn)暗(àn)物质(zhì)的(de)存在。科学家根(gēn)据星系(xì)外恒(héng)星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并(bìng)不(bù)是唯一可以解(jiě)释(shì)这个(gè)现(xiàn)象的(de)原因(yīn)。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出(chū)现速(sù)度上的微小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在(zài)的(de)恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必须存(cún)在(zài)暗物质(zhì)，否(fǒu)则(zé)就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个小时的(de)详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么(me)又有人提出(chū)，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了(le)暗物质的假说(shuō)之外(wài)，另一种可能就是(shì)人(rén)类对引力(lì)的(de)理解还不够全面(miàn)，引力(lì)很可能在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方式是不同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照我们(men)所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但(dàn)是上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系和星团(tuán)的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则(zé)是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入(rù)了外部(bù)场(chǎng)效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规模(mó)上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会(huì)产(chǎn)生对彼此特(tè)殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意(yì)流量是gb大还是mb大，gb和mb谁大一点味着我们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也(yě)让(ràng)很多人认为暗(àn)物质假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物(wù)质存(cún)在的其(qí)他的理论证(zhèng)据(jù)，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系(xì)团所组成，类似(shì)这样(yàng)的(de)星团，它们大(dà)部分的普通质量都(dōu)在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大(dà)部(bù)分的质(zhì)量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不(bù)是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地看到(dào)很多星(xīng)系(xì)似(shì)乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什(shén)么(me)问题，而(ér)是这样极遥(yáo)远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的(de)观测者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级(jí)巨大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的(de)时(shí)候，发(fā)现它(tā)的(de)大(dà)质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释(shì)方法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则(zé)直接(jiē)通过了这个区(qū)域，并(bìng)在两边形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之(zhī)后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高(gāo)的区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较冷的(de)区域，但实际(jì)上它们(men)之间的(de)温差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过对前(qián)景背景分(fēn)离后(hòu)的二(èr)值图像进行连通(tōng)域(yù)提取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙当(dāng)中没(méi)有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来不应该是这(zhè)样的(de)，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们(men)需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地(dì)解(jiě)释了(le)很(hěn)多(duō)不同的(de)观测结果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子(zi)，它们(men)不参(cān)与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于找到了(le)暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子(zi)到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而(ér)要寻找这(zhè)些不同(tóng)的(de)目标(biāo)粒(lì)子所需(xū)要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了(le)超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最大的地(dì)学实验(yàn)室，这(zhè)个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层楼高的探测(cè)器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科学家声(shēng)称观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的(de)事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降(jiàng)到(dào)最低(dī)，而且在(zài)20年当中每年都(dōu)是一样。一些科(kē)学家(jiā)认为这可能是(shì)人类发现暗物质的(de)第一个(gè)直接证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在(zài)以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会(huì)产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地(dì)球(qiú)围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕(rào)银河系(xì)的方(fāng)向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的(de)方(fāng)向正好(hǎo)达到完(wán)全一(yī)致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观(guān)测到的(de)周期性信号。当然也可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这(zhè)种年度周期信号的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大(dà)利游(yóu)客的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个(gè)实(shí)验室(shì)是(shì)一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验(yàn)室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目前还无(wú)法提(tí)供相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视(shì)场仪(yí)器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭(shì)目(mù)以待了。费(fèi)米实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是我更新的动力(lì)！

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