宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在(zài)科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻(xún)找暗(àn)物质存(cún)在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期(qī)实验(yàn)，但是却(què)没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自(zì)然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)某些(xiē)天体(tǐ)运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就会(huì)知道(dào)，周围(wéi)一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算(suàn)并(bìng)且发现了(le)海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大(dà)天(tiān)文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星(xīng)系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测量(liàng)后(hòu)发星系团的质量。这是一(yī)个(gè)由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束(shù)缚在一(yī)起。测(cè)量星(xīng)系团(tuán)的质量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量各个星系(xì)的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量(liàng)星系(xì)团中的各个(gè)星系相(xiāng)对于(yú)星系(xì)团的(de)运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说(shuō)这(zhè)99%的质量并(bìng)不(bù)以可(kě)见光的形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的是，在测(cè)量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多(duō)星系的速(sù)度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星(xīng)系(xì)团之外(wài)了，除非有一种神秘的(de)力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某虎头是什么奢侈品牌，老虎头是什么奢侈品牌种隐形的物(wù)质(zhì)。

据(jù)此(cǐ)，兹(zī)维(wéi)基提出了这样(yàng)部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它(tā)们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只是(shì)当时的(de)人们对这样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个(gè)词才再一(yī)次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围的(de)恒星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物(wù)质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的(de)旋转速度(dù)。如(rú)果出现异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射(shè)电望(wàng)远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们(men)的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系的运行速(sù)度(dù)应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的(de)原(yuán)因很可(kě)能就是(shì)存在(zài)着(zhe)一种我们(men)看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物(wù)质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科(kē)学(xué)家根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可(kě)以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了(le)一个反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河系(xì)不多，但是星系当(dāng)中存在(zài)的恒星数量却只有银河(hé)系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科学家们(men)使用最先进(jìn)的(de)望远镜对(duì)其进行(xíng)了40个(gè)小(xiǎo)时(shí)的详细测量(liàng)之后，发(fā)现星系中(zhōng)的(de)恒星运动是可以用正常的物(wù)质和力学定(dìng)律来解释(shì)的(de)。那(nà)么又有人(rén)提(tí)出，也许该星系的暗(àn)物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个(gè)大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力的理解还(hái)不(bù)够全面，引力很(hěn)可能在(zài)不(bù)同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系(xì)和星团的尺(chǐ)度(dù)，引(yǐn)力之间(jiān)的相互(hù)作用(yòng)则是(shì)不同(tóng)的(de)方式。对于在星(xīng)系团之间(jiān)的相互(hù)作(zuò)用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概(gài)念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味(wèi)着我(wǒ)们(men)需要对现在的物(wù)理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多(duō)人认(rèn)为暗物(wù)质假说理论就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其他的(de)理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论(lùn)证据是(shì)蒙德理论所没(méi)法解释(shì)的(de)“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年的(de)子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的(de)星团，它(tā)们大部分的普通(tōng)质(zhì)量都(dōu)在星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体的(de)相互(hù)作用就会导致温(wēn)度的(de)急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的(de)质量将位于所有这些气体所在的(de)中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它(tā)的质量(liàng)区域到底是(shì)不是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明(míng)显地看(kàn)到(dào)很多(duō)星(xīng)系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身(shēn)并不(bù)是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远(y虎头是什么奢侈品牌，老虎头是什么奢侈品牌uǎn)镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和(hé)我们(men)地球上的观(guān)测者之间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的(de)引力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发(fā)生全(quán)部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了这个区域(yù)，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质(zhì)存在的(de)迄(qì)今为(wèi)止最好的(de)理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大(dà)爆(bào)炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同(tóng)性的(de)微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区(qū)域，但实(shí)际上(shàng)它(tā)们之间的(de)温(wēn)差(chà)只有万分之一(yī)。

科(kē)学家们通(tōng)过(guò)对前景背景分离后的二(èr)值图(tú)像(xiàng)进行连(lián)通域提取(qǔ)和标(biāo)记(jì)之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的(de)增(zēng)加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大约是(shì)普通物(wù)质的(de)5倍。这个(gè)数字与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了一个(gè)简单的理论(lùn)框架(jià)，就很(hěn)好地(dì)解释(shì)了(le)很多不同的(de)观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们(men)不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子的存(cún)在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物质(zhì)存在(zài)的实际(jì)证据。这种粒子到(dào)底是什(shén)么？科(kē)学家(jiā)们(men)已经提(tí)出了数(shù)十(shí)种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式(shì)也不相(xiāng)同。在过去(qù)的(de)几(jǐ)十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过(guò)50次的实(shí)验，却没有任(rèn)何实质性的(de)发现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验(yàn)室(shì)，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过(guò)了(le)20多年的数(shù)据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会(huì)在每(měi)年的(de)6月(yuè)份(fèn)达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一(yī)样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这可能是人类(lèi)发现暗物质的(de)第(dì)一个(gè)直接证据。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生(shēng)周期(qī)性的(de)年(nián)度信(xìn)号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了(le)太阳系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的(de)速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太(tài)阳(yáng)进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗(àn)物质(zhì)流(liú)最(zuì)快的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影响这个(gè)理论的(de)有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年(nián)度周期信号的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游客的数(shù)量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半(bàn)球建立(lì)了一个(gè)几乎(hū)相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的运动(dòng)特征(zhēng)和第(dì)一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可以得到(dào)相同(tóng)的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常有力的证据(jù)了(le)。但是由于这(zhè)个(gè)实验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目(mù)前还(hái)无法提供相应的数(shù)据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但(dàn)它(tā)的宽视(shì)场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以(yǐ)待了(le)。费(fèi)米实验室(shì)粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进一步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角(jiǎo)落(luò)的行星上(shàng)，暗(àn)物质正在(zài)通(tōng)过(guò)这样(yàng)的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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