宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什(shén)么？人类(lèi)为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没(méi)有发(fā)现任何的有效证据。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)出(chū)现(xiàn)异常(cháng)，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会(huì)知道，周围一定(dìng)有未知的天(tiān)体通过(guò)引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大(dà)天(tiān)文成就(jiù)的例(lì)子。但是(shì)这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星(xīng)系或(huò)者是(shì)星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数(shù)千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的(de)质量(liàng)一般会使用(yòng)到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的(de)光度。

第二(èr)种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红(hóng)移(yí)测量星(xīng)系团中的各个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来(lái)之(zhī)后，兹(zī)威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的(de)形(xíng)式所存(cún)在，我们(men)无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在测(cè)量速度(dù)的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系的质量(liàng)所(suǒ)产(chǎn)生(shēng)的(de)引力(lì)是无法将(jiāng)它们(men)束(shù)缚在(zài)星系团内的(de)，它们早就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外(wài)了，除(chú)非有一种神秘的力量(liàng)在(zài)起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了这(zhè)样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离(lí)中心越远的(de)恒星在其(qí)轨道(dào)上的运行速(sù)度就会(huì)越(yuè)慢。但是(shì)他(tā)们(men)观测(cè)的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不(bù)变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如(rú)果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星(xīng)早(zǎo)就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们(men)会使(shǐ)用一(yī)种相对标(biāo)准的(de)方法来解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法(fǎ)就(jiù)是测(cè)量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度(dù)。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗(àn)物质的力(lì)量进入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过(guò)射电望(wàng)远镜测(cè)量了距离星系中(zhōng)心更远距(jù)离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿的(de)力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的运行(xíng)速(sù)度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实(shí)际速(sù)度(dù)远远大于(yú)理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很(hěn)可能就是(shì)存在着一(yī)种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的(de)引力效(xiào)应将星系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是(shì)唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在(zài)一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科学家(jiā)们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发(fā)现了一个(gè)反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银(yín)河系不(bù)多，但是星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正(zhèng)常的物质(zhì)和力学(xué)定律来(lái)解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被(bèi)附近的(de)另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一(yī)种(zhǒng)可能就是(shì)人类(lèi)对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很(hěn)可(kě)能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按(àn)照我们所理(lmbb是什么公司，mbb是什么意思缩写ǐ)解的方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)则是不(bù)同的方式(shì)。对于在(zài)星(xīng)系团之(zhī)间的(de)相互作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念，指的(de)是在数百万光年的(de)规模上，巨大的(de)质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的(de)理论(lùn)证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的(de)星(xīng)系团所组成，类似这样(yàng)的星(xīng)团(tuán)，它们(men)大(dà)部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就(jiù)会(huì)导(dǎo)致(zhì)温度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我(wǒ)们(men)通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回(huí)了(le)宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的(de)高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形(xíng)变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之(zhī)间。被一(yī)个质量超(chāo)级(jí)巨大(dà)的(de)天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东西的引力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的(de)天(tiān)体可(kě)能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子(zi)弹星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量(liàng)区域并不是在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗(àn)物(wù)质则直接通过了(le)这个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存(cún)在的迄(qì)今(jīn)为止最(zuì)好的理论证据(jù)。

除此之(zhī)外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分(fēn)离(lí)后(hòu)的(de)二值图像进行连通(tōng)域(yù)提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的(de)暗(àn)物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单(dān)的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的(de)存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是(shì)什么(me)？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会(huì)与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次(cì)的实(shí)验(yàn)，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的发(fā)现，除(chú)了(le)一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三(sān)层楼高的探(tàn)测(cè)器，一直致力(lì)于(yú)寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数(shù)据收集(jí)，人们发现了(le)一个有趣的(de)事情。探测(cè)率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降到(dào)最低，而(ér)且(qiě)在20年当中每年(nián)都(dōu)是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的(de)年度(dù)信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相应(yīng)的(de)振(zhèn)荡，同(tóng)时(shí)地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外(wài)半年(nián)则与(yǔ)之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物(wù)质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的(de)情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科(kē)学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员(yuán)们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号(hào)。当然也(yě)可(kě)能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南(nán)半球建立了一(yī)个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里的(de)季(jì)节与之前的实验室(shì)正好(hǎo)相(xiāng)反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流(liú)的(de)运动特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪(yí)器提(tí)供的视(shì)野是(shì)哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探测(cè)的(de)结果，我(wǒ)们(men)只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实(shí)验室粒子(zi)天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命进化的一(yī)个重要因素(sù)。

如(rú)果(guǒ)这一理论得到进(jìn)一步的(de)证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤单(dān)呢(ne)？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通过这样(yàng)的效应创造(zào)生命。当(dāng)然(rán)，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在(zài)的实际(jì)证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底存(cún)不(bù)存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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