宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为何会(huì)存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学家们在过去的几十年(nián)当中(zhōng)进行了超过(guò)50次(cì)的长期(qī)实(shí)验，但是却没(méi)有(yǒu)发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年(nián)出版(bǎn)的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们发(fā)现某些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运行(xíng)轨道出现(xiàn)异(yì)常(cháng)，不符(fú)合(hé)万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过(guò)引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的(de)异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大(dà)天文成(chéng)就的例子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情(qíng)就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗(fú)里茨兹(zī)威(wēi)基正在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是(shì)一(yī)个(gè)由数千个星系(xì)所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测(cè)量(liàng)星(xīng)系(xì)团的质量(liàng)一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质(zhì)量(liàng)的范围。

第(dì)一(yī)种是获(huò)得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是(shì)利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失(shī)了(le)，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以可见(jiàn)光(guāng)的形式所存(cún)在，我们无法看(kàn)到。最诡异的(de)是，在(zài)测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可(kě)见星系(xì)的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们(men)对这样(yàng)的(de)一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道上的运(yùn)行(xíng)速度就会越慢。但是(shì)他们(men)观测的结果(guǒ)却(què)让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在(zài)星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科(kē)学家们会使用(yòng)一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测(cè)量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出现异(yì)常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了(le)距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元(yuán)素，发(fā)现它们(men)的旋(xuán)转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不(bù)例(lì)外(wài)，太(tài)阳系位(wèi)于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论速(sù)度，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的原因(yīn)很可能就(jiù)是存在(zài)着(zhe)一种我们(men)看(kàn)不到(dào)的物质，是(shì)这些暗(àn)物(wù)质的引力效应将星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研(yán)究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物(wù)质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也(yě)会出现速(sù)度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还(hái)发现了(le)一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是(shì)星系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系(xì)的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星(xīng)系(xì)必(bì)须存在(zài)暗物(wù)质，否则(zé)就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家古巴人口和面积是多少，古巴多大面积和人口们(men)使用最先进的(de)望远镜对其进行(xíng)了40个(gè)小时(shí)的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存在(zài)。造(zào)成(chéng)这些现象的除(chú)了暗物(wù)质的(de)假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力的(de)理解还不够全面，引力很(hěn)可(kě)能在不同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方(fāng)式是不(bù)同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺度(dù)中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方(fāng)式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用则是(shì)不(bù)同(tóng)的方(fāng)式。对于(yú)在星系(xì)团之间(jiān)的相互(hù)作用(yòng)，科学家还(hái)引入了(le)外部(bù)场(chǎng)效应的概(gài)念(niàn)，指的是(shì)在数百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发现也(yě)让很(hěn)多(duō)人(rén)认为暗(àn)物质(zhì)假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它(tā)们大(dà)部分的(de)普(pǔ)通质量都(dōu)在星系的(de)气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温(wēn)度(dù)的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区域。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(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这(zhè)些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大(dà)质量(liàng)的(de)东西的(de)引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了(le)扭(niǔ)曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可能(néng)是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人(rén)们对子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区(qū)域(yù)并不是在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物(wù)质(zhì)则直接(jiē)通过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色(sè)的部分表(biǎo)示(shì)温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的(de)区域，但实际上它们(men)之(zhī)间(jiān)的(de)温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的二(èr)值(zhí)图像进行连(lián)通域提取和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐(fú)射的(de)测量值，我们需(xū)要(yào)的(de)暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的(de)暗物质比(bǐ)例是(shì)一致(zhì)的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗(àn)物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存(cún)在着(zhe)某(mǒu)种类(lèi)型的(de)粒子，它们(men)不参与任何(hé)其(qí)他的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来相(xiāng)互(hù)作用。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底(dǐ)是什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数十(shí)种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的(de)实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见、摸不(bù)到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的(de)实验，却(què)没有任何实质性的发(fā)现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实(shí)验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致(zhì)力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的(de)科学家声称观测(cè)到了(le)某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后(hòu)在(zài)11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科(kē)学家(jiā)认为这可能是人类(lèi)发(fā)现暗物质(zhì)的第一(yī)个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生(shēng)周期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银河(hé)系进行(xíng)移动，那么如果暗物质(zhì)存(cún)在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿越古巴人口和面积是多少，古巴多大面积和人口着暗(àn)物质流，这个(gè)过(guò)程中(zhōng)会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的(de)方向与太(tài)阳环(huán)绕银河系的(de)方向是一致的(de)，而另外半年(nián)则与之(zhī)相(xiāng)反。

而(ér)在6月(yuè)份(fèn)的(de)时候(hòu)，地球与太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向正好达(dá)到完(wán)全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了(le)60度的(de)倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有效性。

因(yīn)此科(kē)学(xué)家认(rèn)为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的(de)周期性(xìng)信号(hào)。当(dāng)然也(yě)可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度(dù)、土(tǔ)壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游客的数量(liàng)也符(fú)合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实(shí)验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动特征和第一个实验室(shì)是(shì)一样的(de)。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南(nán)希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜其(qí)中一个关(guān)键的用(yòng)途就是探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测的结果(guǒ)，我们(men)只能拭(shì)目(mù)以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的(de)效应(yīng)，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意(yì)味着人类并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的(de)效应(yīng)创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些(xiē)推(tuī)论的大(dà)前提是(shì)要(yào)先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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