宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的(de)证据，科学家们(men)在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却没有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何的(de)有效证(zhèng)据。除了(le)一(yī)个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文学家们(men)发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定(dìng)律所取得重大天文成就(jiù)的例(lì)子。但是这些发(fā)现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始(shǐ)变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测(cè)量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到(dào)两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一(yī)致(zhì)，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是(shì)获(huò)得其"光度学的(de)质(zhì)量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是动(dòng)力学(xué)质量的计算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异(yì)的(de)是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中(zhōng)很多(duō)星系的(de)速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系的质量所产(chǎn)生(shēng)的(de)引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系(xì)团之(zhī)外(wài)了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起作(zuò)用，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提(tí)出了这(zhè)样部(bù)分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部(bù)分的质(zhì)量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们(men)对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再(zài)一(yī)次出(chū)现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福特(tè)在观(guān)测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运(yùn)行(xíng)速度就会越慢(màn)。但是他们(men)观(guān)测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)如(rú)果没有(yǒu)足(zú)够大的质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学(xué)家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距(jù)离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元素(sù)，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速(sù)度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大(dà)于理论(lùn)速度，那么(me)产(chǎn)生以上(shàng)这(zhè)种向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在(zài)。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度(dù)，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在一项新的(de)研(yán)究当(dāng)中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒(héng)星(xīng)数量(liàng)却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科(kē)学家们使用最(zuì)好来与黑人是一个牌子吗，黑人包装为什么是好来先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个(gè)小时的详细(xì)测量之(zhī)后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和(hé)力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系(xì)存在。造成这(zhè)些现象的(de)除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就(jiù)是(shì)人类(lèi)对引力(lì)的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力(lì)很(hěn)可能在(zài)不同(tóng)尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这(zhè)意(yì)味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理(lǐ)解的(de)方式运动。但(dàn)是(shì)上(shàng)升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间的相互(hù)作(zuò)用则是不同的(de)方式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念(niàn)，指的是(shì)在(zài)数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系(xì)团大(dà)部分的质(zhì)量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质(zhì)量区域到底(dǐ)是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明显地(dì)看到很多星系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实(shí)这些(xiē)星系本(běn)身并不是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之(zhī)间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的(de)东西的(de)引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的(de)天(tiān)体可(kě)能(néng)是超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释(shì)方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观(guān)测到(dào)的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了(le)这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗(àn)物质存(cún)在(zài)的(de)迄今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下(xià)了各相同性的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的(de)部(bù)分表示温度(dù)较高的(de)区域(yù)，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷的(de)区域，但(dàn)实际上它们之间的温(wēn)差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的二(èr)值图像(xiàng)进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐(fú)射的(de)测量值，我们(men)需(xū)要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在(zài)着某种类型的粒(lì)子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们(men)已经(jīng)提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要(yào)的实验(yàn)方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却(què)没有任(rèn)何实质性的发现(xiàn)，除(chú)了一(yī)个地(dì)方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米(mǐ)处(chù)的地下(xià)矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的地学(xué)实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一(yī)直(zhí)致力(lì)于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声称观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经(jīng)过了20多年的数(shù)据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样。一些科(kē)学(xué)家认(rèn)为这可能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河系(xì)进行移动，那(nà)么如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以(yǐ)这样的(de)速度在穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个过(guò)程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而(ér)另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达好来与黑人是一个牌子吗，黑人包装为什么是好来到完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实际的(de)情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并(bìng)不(bù)影响这个理论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这可(kě)以用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的(de)周期性信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客的(de)数量也符合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流(liú)的运(yùn)动特征和第一个实验(yàn)室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射(shè)一(yī)台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器(qì)提(tí)供的视野是哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途就(jiù)是探索暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对(duì)于探测的结(jié)果，我(wǒ)们(men)只能拭(shì)目以待了(le)。费米(mǐ)实验(yàn)室(shì)粒子天(tiān)体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它们(men)极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前提是(shì)要先找到暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的动力(lì)！

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