宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证据，科(kē)学家们在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没(méi)有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了(le)一个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲(zhé)学数学原(yuán)理一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不(bù)符合万(wàn)有引力定律的时候(hòu)，他们就(jiù)会(huì)知道，周(zhōu)围一(yī)定有未(wèi)知的(de)天体通(tōng)过(guò)引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中(zhōng)，可(kě)当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的(de)物理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究和(hé)测量后发(fā)星系团的质量(liàng)。这是一个由数(shù)千个星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系被引(yǐn)力(lì)束(shù)缚在(zài)一起。测量星系(xì)团的(de)质量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的(de)质量(liàng)消(xiāo)失了，或(huò)者(zhě)说这(zhè)99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基(jī)发(fā)现星系团(tuán)中很(hěn)多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可(kě)见星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它(tā)们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它们却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心(xīn)越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感(gǎn)到不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没(méi)有(yǒu)足够大的质(zhì)量来(lái)吸引它们，这些外(wài)围的恒(héng)星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标准的(de)方法来解释(shì)暗物质的(de)存在，这种方法(fǎ)就是(大家真的都放不进脉动瓶口吗，一般进得去脉动瓶口吗shì)测(cè)量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是由(大家真的都放不进脉动瓶口吗，一般进得去脉动瓶口吗yóu)暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转速(sù)度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不(bù)例外(wài)，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(xīn)2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定(dìng)律进(jìn)行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速(sù)度的(de)原因很可能就是存在着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力效(xiào)应(yīng)将星系(xì)聚集在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物(wù)质的存在。科(kē)学(xué)家(jiā)根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的(de)85%。但(dàn)是(shì)，暗(àn)物质并不(bù)是(shì)唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也(yě)会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离(lí)析(xī)。但是(shì)科学家们(men)使用最先进的(de)望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经被附(fù)近的另一个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇(qí)怪(guài)的(de)是(shì)，它的附近没有任何(hé)星系存在。造(zào)成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一(yī)种(zhǒng)可(kě)能就是人类对(duì)引力的(de)理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的工作方(fāng)式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体会(huì)沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家还(hái)引入(rù)了外部场(chǎng)效应的(de)概念，指的是在(zài)数(shù)百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们(men)需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多(duō)人认为(wèi)暗(àn)物质假说(shuō)理论就此终结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物(wù)质存(cún)在的其(qí)他(tā)的(de)理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德(dé)理论(lùn)所(suǒ)没(méi)法解释的(de)“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年的子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的星(xīng)系(xì)团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧(jù)升(shēng)高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大部分(fēn)的(de)质量将位于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第(dì)一张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地(dì)看(kàn)到(dào)很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)出(chū)了什么问(wèn)题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都发(fā)生(shēng)了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是(shì)超大质(zhì)量的(de)黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系(xì)团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法就(jiù)是当星(xīng)团发生全部(bù)的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古(gǔ)老的(de)光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其(qí)中红色的(de)部(bù)分表(biǎo)示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对前(qián)景背(bèi)景(jǐng)分离后的(de)二值图像进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应(yīng)该(gāi)是这样(yàng)的(de)，而(ér)随着暗(àn)物质的增加，一(yī)些(xiē)峰值的(de)幅(fú)度(dù)会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗(àn)物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解释了(le)很多不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物质(zhì)存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提(tí)出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式也不(bù)相(xiāng)同。在过去的几十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻(xún)找这些看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规(guī)物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们(men)已经进行了超(chāo)过50次(cì)的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的数据收集(jí)，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是一(yī)样。一些科学(xué)家认(rèn)为这可(kě)能(néng)是人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会(huì)产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们(men)讲了(le)太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河系进行(xíng)移(yí)动(dòng)，那(nà)么如果暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在以这样(yàng)的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向是(shì)一致(zhì)的，而(ér)另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在(zài)实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家(jiā)认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员(yuán)们(men)所观(guān)测到的周期性(xìng)信号。当然也可(kě)能有其他的(de)情况，造成这种年度周期(qī)信号的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可(kě)以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存在(zài)的非常有力的(de)证据了(le)。但是由于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截(jié)至(zhì)目前还(hái)无法提供相应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的视(shì)野是(shì)哈勃红(hóng)外(wài)仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神(shén)秘的(de)效应，这种暗(àn)物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生(shēng)，或(huò)者说(shuō)是生(shēng)命进化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会(huì)意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星(xīng)上，暗(àn)物质正(zhèng)在通(tōng)过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的(de)实际证据。那么(me)小伙伴们，你们(men)觉得暗(àn)物质到(dào)底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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