宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科(kē)学(xué)无(wú)法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗物质存(cún)在的(de)证(zhèng)据(jù)，科(kē)学(xué)家们在过(guò)去(qù)的(de)几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然(rán)哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了(le)万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当(dāng)天文学家们发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合(hé)万有引力(lì)定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天(tiān)体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了(le)海王(wáng)星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大天文(wén)成就的例子。但是这(zhè)些发现都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们(men)上(shàng)升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的(de)巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一致，就可(kě)以确(què)定其(qí)质(zhì)量(liàng)的(de)范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中的(de)各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系(xì)团的运动速(sù)度。当测量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的(de)是，在(zài)测量速(sù)度的过程中，兹威基(jī)发(fā)现星系团(tuán)中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论(lùn)上要(yào)快得多(duō)，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星系(xì)的质(zhì)量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之(zhī)外了，除(chú)非有一种神秘(mì)的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它(tā)们(men)却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝(jué)大部(bù)分的质量。只是当时的(de)人们对这样的(de)一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这(zhè)个词才再(zài)一(yī)次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在(zài)观测仙女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行(xíng)速(sù)度就(jiù)会越慢(màn)。但是他(tā)们观测的(de)结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒(héng)星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来(lái)吸引它们(men)，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的(de)距离，以(美国各州的缩写是什么，美国各州缩写英文字母yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是(shì)由暗(àn)物(wù)质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外(wài)，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的(de)运(yùn)行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可能就是存(cún)在着(zhe)一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人员开始相(xiāng)信暗物质的(de)存在。科学家根据(jù)星(xīng)系(xì)外恒星轨道的速(sù)度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是唯一可(kě)以解(jiě)释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个(gè)反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系不多(duō)，但(dàn)是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时(shí)的(de)详(xiáng)细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系(xì)存在。造(zào)成(chéng)这些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对(duì)引力的理解还不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺度(dù)中的天体会(huì)沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在(zài)星(xīng)系团之间的相互(hù)作用(yòng)，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的(de)质量之(zhī)间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味着我(wǒ)们(men)需要(yào)对现(xiàn)在的物(wù)理定律进行修正，这些发现(xiàn)也(yě)让很(hěn)多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇(yǔ)宙当中还(hái)有关(guān)于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙(méng)德理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似(shì)这样的(de)星团，它(tā)们大部(bù)分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中(zhōn美国各州的缩写是什么，美国各州缩写英文字母g)。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际(jì)气体的(de)相互作用就会导致温度的(de)急剧升(shēng)高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量区(qū)域到(dào)底是(shì)不是集中(zhōng)在(zài)中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一(yī)张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明(míng)显地(dì)看(kàn)到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了(le)什么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的(de)天(tiān)体和(hé)我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的东西(xī)的(de)引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的(de)大质量(liàng)区域并不是在中间(jiān)，而是在(zài)两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方(fāng)法就(jiù)是当星团发生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了(le)中(zhōng)间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过(guò)了(le)这个(gè)区域(yù)，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了(le)各相同性的微波(bō)辐射。其(qí)中红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它们(men)之(zhī)间(jiān)的温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们通过(guò)对(duì)前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质，图(tú)形(xíng)看起来(lái)不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们(men)需要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释(shì)星(xīng)系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论(lùn)框架，就很好地解释(shì)了很多不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何(hé)其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到(dào)了暗物质存(cún)在(zài)的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的(de)目标(biāo)粒子所需要的(de)实验方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行了(le)超过50次的实(shí)验，却没有任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除(chú)了(le)一个地方，意(yì)大(dà)利(lì)的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗(àn)物(wù)质粒(lì)子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为这可能(néng)是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么(me)暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味着我们(men)也在以(yǐ)这样的速度在(zà美国各州的缩写是什么，美国各州缩写英文字母i)穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外(wài)半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全(quán)一(yī)致(zhì)，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论(lùn)的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观测(cè)到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差异也可(kě)能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的实(shí)验(yàn)室，这里的季节与之前的实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流(liú)的(de)运(yùn)动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相(xiāng)同(tóng)的(de)信号，就可以成为暗(àn)物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于(yú)这个实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的(de)视野是(shì)哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一(yī)个关(guān)键(jiàn)的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对(duì)于(yú)探测(cè)的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物(wù)理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能(néng)拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然(rán)，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到底存(cún)不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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