宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存在科(kē)学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物质存(cún)在的证(zhèng)据，科(kē)学(xué)家们在过(guò)去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了超过50次(cì)的(de)长期实验，但是却没有发(fā)现任(rèn)何的(de)有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体运动的(de)规(guī)律。往后(hòu)的几(jǐ)百(bǎi)年来，当(dāng)天文(wén)学家(jiā)们(men)发现某些天体运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不符(fú)合万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律的(de)时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且发现了(le)海(hǎi)王星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重大天文成就(jiù)的例子(zi)。但是这些发现都是(shì)在恒(héng)星系统(tǒng)的(de)尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我(wǒ)们上升到(dào)星系(xì)或者是(shì)星团的尺(chǐ)度(dù)，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测(cè)量后发星系团的质(zhì)量。这(zhè)是一(yī)个由数千(qiān)个(gè)星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确(què)定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其(qí)"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测量各个星(xīng)系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力(lì)学质量的计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测(cè)量星系(xì)团中(zhōng)的各个星系相对于星系(xì)团的运动速度。当测(cè)量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中(zhōng)很多(duō)星(xīng)系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们(men)早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除(chú)非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力(lì)量(liàng)在起作(zuò)用(yòng)，这种力量来(lái)源于(yú)某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时(shí)的(de)人们对这样的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到10万元在朝鲜算有钱吗，在朝鲜买一套房多少钱40年(nián)之后，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再一次出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁(lǔ)宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星在其(qí)轨(guǐ)道(dào)上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们(men)观(guān)测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有(yǒu)足(zú)够大的(de)质(zhì)量来吸引(yǐn)它们(men)，这(zhè)些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一(yī)种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结(jié)果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们(men)通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中(zhōng)心(xīn)更远(yuǎn)距离的(de)氢元素(sù)，发(fā)现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于(yú)理论速度，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因很可能就是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质(zhì)并不(bù)是唯一(yī)可以解释这(zhè)个(gè)现象的原(yuán)因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学(xué)家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家还发(fā)现了一个(gè)反(fǎn)常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系不多(duō)，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必(bì)须(xū)存在暗(àn)物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析(xī)。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细(xì)测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用(yòng)正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类对(duì)引(yǐn)力(lì)的理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能(néng)在不(bù)同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们(men)所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上(shàng)升到(dào)星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则(zé)是不(bù)同的(de)方式。对于在(zài)星系团之间的(de)相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效应的概(gài)念(niàn)，指的是在数(shù)百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之间会(huì)产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人(rén)认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在(zài)的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量(liàng)都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气(qì)体的(de)相互作用就会导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大(dà)部分的质量将位(wèi)于所有这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通(tōng)过什么来验(yàn)证它(tā)的质量区(qū)域到底是不是集(jí)中在中(zhōng)间(jiān)呢？前(qián)不(bù)久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其实这些星(xīng)系(xì)本(běn)身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的(de)观(guān)测者之间。被一(yī)个质量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东西(xī)的引力(lì)，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不(bù)是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最(zuì)好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可(kě)以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下(xià)了各相同性的微波(bō)辐射。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示(shì)相对较冷的(de)区(qū)域，但(dàn)实际上它们(men)之间的温差(chà)只有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景(jǐng)背(bèi)景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这个数字(zì)与解释(shì)星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了(le)一个简单(dān)的理(lǐ)论(lùn)框架，就很好(hǎo)地解释了很多(duō)不同(tóng)的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存(cún)在(zài)，就相(xiāng)当于找到(dào)了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了数(shù)十种的(de)假想目标，而要(yào)寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也(yě)不相同。在(zài)过(guò)去的几十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些(xiē)看不(bù)见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意(yì)大(dà)利(lì)的(de)格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最(zuì)大(dà)的(de)地学实(shí)验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的(de)周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科学家声称观测到了(le)某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会(huì)在(zài)每(měi)年的6月份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的(de)年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗(àn)物(wù)质(zhì)流，这个过(guò)程(chéng)中会产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地(dì)球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相对银河(hé)系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论(lùn)的(de)有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家认为这可(kě)以用来(lái)解(jiě)释，研(yán)究人员们(men)所(suǒ)观测到(dào)的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有其他的(de)情(qíng)况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意(yì)大(dà)利游客的数量(liàng)也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又(yòu)在南半球(qiú)建立了一(yī)个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动特征和(hé)第一个(gè)实验(yàn)室(shì)是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力的(de)证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器(qì)提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的(de)用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘，对(duì)于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会(huì)支持(chí)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中生命的(de)诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命(mìng)进化(huà)的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进(jìn)一步的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质正在(zài)通过这样的(de)效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的大前(qián)提是要先找到暗(àn)物质存在的实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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