宇宙是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存(cún)在(zài)科学无(wú)法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什(shén)么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证据(jù)，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行了(le)超(chāo)过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的(de)几百年(nián)来(lái)，当天文学家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过天(tiān)王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取得重大(dà)天(tiān)文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到星系或(huò)者是星团的(de)尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确(què)定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学(xué)的(de)质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学(xué)质量的(de)计算，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中(zhōng)的(de)各个星(xīng)系相对于星系团(tuán)的(de)运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威(wēi)基(jī)彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)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(shī)了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的(de)速度(dù)比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn母亲三周年祭日需要准备什么祭品，三周年祭日需要准备什么祭品爸爸)靠(kào)这些(xiē)可(kě)见星系(xì)的(de)质(zhì)量所(suǒ)产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它(tā)们早就(jiù)应(yīng)该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除非有一(yī)种神(shén)秘的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是(shì)它(tā)们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质量。只是当(dāng)时的人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在观测仙女座星系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道(dào)上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大(dà)的(de)质量来(lái)吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这(zhè)种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常(cháng)的(de)结(jié)果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜(jìng)测(cè)量了距离(lí)星系中(zhōng)心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛(niú)顿的力学定律。我们的(de)太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系(xì)位于银河系的第(dì)三(sān)悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加速(sù)度的原因很可能就是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗(àn)物质的(de)引力(lì)效(xiào)应将星(xīng)系(xì)聚集在(zài)了(le)一起。

也(yě)是从(cóng)这(zhè)时开始，越来越多的(de)研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新的(de)研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会(huì)出(chū)现(xiàn)速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家(jiā)还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中存在(zài)的(de)恒(héng)星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们(men)使用最先(xiān)进(jìn)的(de)望远镜对其进(jìn)行(xíng)了(le)40个小时的详细(xì)测(cè)量之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解(jiě)释的(de)。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另(lìng)一个(gè)大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说(shuō)之外(wài)，另一种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工(gōng)作方(fāng)式(shì)是不同(tóng)的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按(àn)照我们所理解(jiě)的方(fāng)式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样(yàng)的星团(tuán)，它们(men)大部分的普通质量都在星(xīng)系的气(qì)体当中(zhōng)。当(dāng)星(xīng)团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时(shí)发生碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致温度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降低(dī)。所以在(zài)理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于(yú)所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它(tā)的质量(liàng)区(qū)域到底是不是(shì)集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显地看到很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身(shēn)并(bìng)不是真(zhēn)的(de)被(bèi)扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯望远镜出(chū)了(le)什么(me)问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨(jù)大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大(dà)质量(liàng)的(de)东西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个(gè)巨(jù)大的(de)天体可(kě)能是超大质量的黑洞(dòng)或(huò)者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人(rén)们(men)对子弹(dàn)星系团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全(quán)部的(de)碰(pèng)撞时(shí)，可被观(guān)测(cè)到(dào)的(de)质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通过(guò)了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也(yě)被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在(zài)的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留(liú)下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色(sè)的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较(jiào)冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后的(de)二(èr)值图像(xiàng)进行连通域(yù)提(tí)取和标记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅(fú)度(dù)会(huì)减小，才(cái)变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背(bèi)景辐(fú)射的测量(liàng)值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒(héng)星运动所需要的(de)暗物质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不(bù)同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某(mǒu)种类型的粒子，它(tā)们不(bù)参与任何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出了数(shù)十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去(qù)的(de)几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已(yǐ)经(jīng)进行了超(chāo)过50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子(zi)的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时(shí)间，地(dì)球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕(rào)银河(hé)系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另(lìng)外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最快的(de)时段(duàn)。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达(dá)到(dào)了最(zuì)慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系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(gè)理论的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可以(yǐ)用来(lái)解释(shì)，研究人(rén)员(yuán)们所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他(tā)的(de)情况，造成这种年度周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

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所以，科学家(jiā)们又在(zài)南半球(qiú)建立(lì)了一(yī)个几(jǐ)乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之(zhī)前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一(yī)个实(shí)验室(shì)是(shì)一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里可以(yǐ)得(dé)到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的(de)证据了。但(dàn)是由于这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至目前还(hái)无法(fǎ)提供相应的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个(gè)关键(jiàn)的(de)用(yòng)途(tú)就是探索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理(lǐ)中心(xīn)的(de)科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说(shuō)是生命(mìng)进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的(de)证实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的(de)行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这样的(de)效(xiào)应创造(zào)生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗(àn)物(wù)质存在(zài)的实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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