宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类(lèi)为了寻(xún)找暗(àn)物(wù)质存在的(de)证据(jù)，科(kē)学家(jiā)们在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次的长期(qī)实(shí)验，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王(wáng)星的(de)发现(xiàn)都(dōu)是应用(yòng)万(wàn)有引力定律(lǜ)所取得重大(dà)天文成就的例子。但(dàn)是这些发(fā)现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到(dào)星系(xì)或者是(shì)星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究和测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星(xīng)系(xì)所组成的巨大(dà)星(xīng)系团(tuán)，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的(de)质量(liàng)一般(bān)会使(shǐ)用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一(yī)种是获得(dé)其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各(gè)个星系相对(duì)于星系团的(de)运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然(rán)是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星(xīng)系(xì)的质量(liàng)所产生的引力(lì)是(shì)无法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力(lì)量(liàng)在(zài)起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提(tí)出(chū)了这样(yàng)部(bù)分不可(kě)见的暗(àn)质，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们(men)对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的运行速度就(jiù)会(huì)越慢。但是(shì)他们观测(cè)的(de)结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使用一种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜(jìng)测量了距(jù)离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系(xì)的(de)第(dì)三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离(lí)银河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速(sù)度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的(de)原因很可能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们(men)看不到的物(wù)质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星(xīng)系聚(jù)集在了(le)一起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速度，估(gū)算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是(shì)唯一可以解释这个现象的(de)原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会(huì)出现速(sù)度上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必(bì)须(xū)存在暗物质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离析(xī)。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可(kě)以用正(zhèng)常的(de)物质和力学(xué)定律来解释的。那么(me)又有人提(tí)出，也许(xǔ)该星系(xì)的(de)暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系(xì)剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了(le)暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力很可能在不(bù)同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我们所理解的(de)方式运动(dòng)。但是(shì)上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不(bù)同(tóng)的(de)方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的(de)效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在的物理(lǐ)定律进(jìn)行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让(ràng)很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在(zài)宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物(wù)质存在的(de)其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的(de)普通质量(liàng)都在(zài)星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致温度的急剧(jù)升高(gāo)，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么(me)我们(men)通过什么来(lái)验证它(tā)的质(zhì)量区域到底是(shì)不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大(dà)的(de)形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并不(bù)是真(zhēn)的(de)被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球上的(de)观测者之间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这个(gè)超(chāo)大(dà)质(zhì)量的东西(xī)的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是(shì)引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可能是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的(de)时候，发现它的大质量区(qū)域并不是在中间，而是(shì)在(zài)两(liǎng)侧(cè)。所以最好(hǎo)的(de)解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个(gè)区域，并在(zài)两(liǎng)边形(xíng)成了引力(lì)透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引力透镜(jìng)研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今保温杯突然间不保温了是什么原因呢，保温杯突然间不保温了是什么原因呢为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻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微波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的部分(fēn)表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际(jì)上它(tā)们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景(jǐng)背(bèi)景分离(lí)后的二(èr)值(zhí)图(tú)像进行连通域(yù)提取和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起来(lái)不应该是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的暗物(wù)质比例是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任(rèn)何(hé)其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。这种粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家们已经提(tí)出了数十种的(de)假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不(bù)同的(de)目(mù)标粒子所需要的实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次的实验，却没有任(rèn)何(hé)实(shí)质(zhì)性的发现，除了一个地(dì)方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了(le)一(yī)个有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在每年的(de)6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低(dī)，而且在20年当中每(měi)年(nián)都是一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这可(kě)能是人(rén)类(lèi)发现(xiàn)暗物(wù)质(zhì)的(de)第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期性的(de)年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银(yín)河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的(de)，而另(lìng)外半年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好(hǎo)达(dá)到完(wán)全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了(le)最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的(de)倾斜(xié)，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研究人(rén)员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的(de)数量也符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立(lì)了一(yī)个几乎相同的(de)实验室，这里的季(jì)节与之前的(de)实验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗(àn)物质流的运动特征和第一个(gè)实验(yàn)室(shì)是(shì)一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可(kě)以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非(fēi)常(cháng)有力(lì)的(de)证据了。但是由于(yú)这个实验室(shì)刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的(de)望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜(jìng)叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽(kuān)视(shì)场仪(yí)器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼太空(kōng)望远镜(jìng)其(qí)中一个关键(jiàn)的用途(tú)就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的(de)科学(xué)家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们(men)极(jí)有可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要(yào)因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得(dé)到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗(àn)物质会不会(huì)意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个(gè)角落的行星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是(shì)我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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