宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学(xué)无(wú)法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么(me)？人类为(wèi)了(le)寻(xún)找暗物质存在(zài)的证据，科学(xué)家们在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次(cì)的(de)长期(qī)实验，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在(zài)1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数学原(yuán)理一(yī)书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规(guī)律。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们(men)就(jiù)会知道，周围一(yī)定有未知的(de)天(tiān)体通(tōng)过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是(shì)应(yīng)用万(wàn)有引力定(dìng)律所取(qǔ)得(dé)重大天文成就的(de)例子。但是这(zhè)些发(fā)现都是(shì)在恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可当我们(men)上(shàng)升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星(xīng)系(xì)团(tuán)的质量(liàng)。这是一(yī)个(gè)由数千个星系所组(zǔ)成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个(gè)星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学质量的计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红移测量星(xīng)系团中的(de)各个星系相对于星系团的运(yùn)动速(sù)度。当测(cè)量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度(dù)的过程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系(xì)团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛(pāo)出星(xīng)系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力(lì)量在(zài)起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质(zhì)。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们(men)对这样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在(zài)观(guān)测仙女座(zuò)星系(xì)中的(de)恒(héng)星(xīng)运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢(màn)。但是他们(men)观测(cè)的结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足(zú)够大(dà)的质(zhì)量(liàng)来吸引(yǐn)它们(men)，这(zhè)些外围(wéi)的(de)恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的(de)存在，这种方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们(men)通过射电望远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它(tā)们的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力学(xué)定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于(yú)银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度(dù)的原(yuán)因很可(kě)能就(jiù)是存(cún)在着一种我们(men)看不(bù)到的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系(xì)聚(jù)集在了(le)一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的(de)研究人员开始(shǐ)相信暗物质的(de)存在。科(kē)学家根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系(xì)距(jù)离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系(xì)不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个小时的(de)详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正常的物质和(hé)力学定(dìng)律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近(jìn)没有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现(xiàn)象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是(shì)人类对引力的(de)理解还不够(gòu)全面，引力很(hěn)可能(néng)在(zài)不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式(shì)是不同的(de)，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理(lǐ)解的(de)方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到星系(xì)和(hé)星(xīng)团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于(yú)在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是(shì)在(zài)数百万光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质(zhì)量之间会(huì)产生对彼此特(tè)殊(shū)的(de)效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现(xiàn)在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质存在的其(qí)他的理论证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德(dé)理论(lùn)所(suǒ)没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的(de)星系(xì)团所组(zǔ)成，类似这样的(de)星团(tuán)，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气(qì)体所在(zài)的中间区域。那么我们通过什么(me)来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在(zài)中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到很多星(xīng)系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大(dà)的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球(qiú)上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一个(gè)质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量(liàng)的(de)东西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发(fā)生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是(shì)引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天(tiān)体可能是超(chāo)大质量的(de)黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域并不是(shì)在中间，而是(shì)在两侧。所以(yǐ)最好的解释(shì)方(fāng)法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被卡在了(le)中间(jiān)，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究(jiū)也(yě)被认(rèn)为是暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之(zhī)后，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的(de)微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较冷的(de)区域(yù)，但实际上它们之(zhī)间的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提(tí)取(qǔ)和标(biāo)记(jì)之(zhī)后(hòu)发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图形看起来(lái)不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一(yī)致的。这(zhè)就意味着。

用了(le)一个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如(rú)果(guǒ)能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物(wù)质存在(zài)的实(shí)际(jì)证(zhèng)据(jù)。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数(shù)十种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不同的(de)目(mù)标(biāo)粒(lì)子所需要的实验方式(shì)也不相同。在(zài)过(guò)去的几十年当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些(xiē)看(kàn)不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物200克是几两 200克是多少毫升质(zhì)相互作用的(de)“暗物(wù)质”，科学家们(men)已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意(yì)大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地学实(shí)验室，这(zhè)个(gè)实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致(zhì)力(lì)于寻找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科学家(jiā)声称观测到(dào)了(le)某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，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)达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一(yī)些科学(xué)家认为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的(de)速度围绕太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有(yǒu)半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系(xì)的方向是(shì)一致的，而另(lìng)外半年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的(de)时候(hòu)，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的(de)时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所观测到的(de)周期(qī)性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也可(kě)能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数(shù)量也(yě)符合这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的(de)实验室，这(zhè)里的季节与之前的(de)实验室(shì)正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过(guò)暗物质流(liú)的运动特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的(de)证(zhèng)据(jù)了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还(hái)无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主(zhǔ)镜大(dà)小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视(shì)野(yě)是(shì)哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用(yòng)途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味着(zhe)人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造(zào)生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持(chí)是(shì)我更新的(de)动力(lì)！

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