宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过(guò)去的几十年当中进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然(rán)哲学数学(xué)原(yuán)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)体运动的(de)规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一(yī)定(dìng)有(yǒu)未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在(zài)摄动(dòng)它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海王星(xīng)的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万(wàn)有引力定律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例子。但是(shì)这些发现都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测(cè)量后(hòu)发星系(xì)团的(de)质量。这是一个(gè)由数千(qiān)个(gè)星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会(huì)使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需(xū)要的(de)数据是测(cè)量各个(gè)星系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是(shì)动力学(xué)质量的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移测(cè)量星系团(tuán)中的各个星系相对(duì)于星系(xì)团的运动速度(dù)。当测(cè)量结(jié)果(guǒ)出(chū)来(lái)之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味(wèi)着，后发座(zuò)星系(xì)团有(yǒu)99%的(de)质(zhì)量消失了(le)，或者说这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的(de)过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团中很多(duō)星系(xì)的速(sù)度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛(niú)顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生的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系(xì)团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的力量在(zài)起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的(de)暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是(shì)它(tā)们却(què)占据着宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质量。只是(shì)当时的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座(zuò)星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的(de)结果(guǒ)却让人感到不可思(sī)议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系(xì)当中如(rú)果没有足够大(dà)的质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使用(yòng)一种相对标准的方(fāng)法(fǎ)来(lái)解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结(jié)果，就认(rèn)为(wèi)是(shì)由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们(men)通过(guò)射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的(de)力(lì)学定(dìng)律。我们(men)的太阳(yáng)系(xì)也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很(hěn)可能(néng)就是存(cún)在(zài)着(zhe)一种(zhǒng)我们看不(bù)到(dào)的物(wù)质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是(shì)从这时(shí)开(kāi)始，越来越(yuè)多的研(yán)究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在(zài)星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量(liàng)占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是(shì)唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出(chū)现速度上的(de)微小差异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现(xiàn)了一个(gè)反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河(hé)系(xì)不多(duō)，但是(shì)星系当(dāng)中存在的(de)恒(héng)星(xīng)数量却(què)只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该(gāi)星(xīng)系必(bì)须(xū)存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了(le)40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常(cháng)的(de)物(wù)质和力学定(dìng)律来解释的。那么又(yòu)有人(rén)提出，也(yě)许该星系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的另(lìng)一(yī)个(gè)大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引力的理(lǐ)解还不未置可否和不置可否的区别在哪，未置可否的置是什么意思够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意未置可否和不置可否的区别在哪，未置可否的置是什么意思味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着(zhe)它(tā)们的(de)轨(guǐ)道，按照(zhào)我们(men)所(suǒ)理解的方式(shì)运(yùn)动。但是(shì)上升到(dào)星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学(xué)家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现在的(de)物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让很(hěn)多(duō)人(rén)认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的(de)其(qí)他(tā)的(de)理(lǐ)论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都(dōu)在(zài)星系的(de)气体(tǐ)当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部(bù)分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的(de)中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可(kě)以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实(shí)这些星(xīng)系本(běn)身(shēn)并不是真的(de)被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球(qiú)上(shàng)的观测者(zhě)之(zhī)间。被一个(gè)质量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)可能(néng)是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观(guān)测的(de)时候(hòu)，发现它的大(dà)质量(liàng)区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是当星团发生全(quán)部(bù)的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过了这个区域，并在(zài)两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜研究也(yě)被认(rèn)为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过(guò)了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的(de)微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色(sè)则表示(shì)相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的(de)温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当(dāng)中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值的幅(fú)度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微(wēi)波(bō)背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒(lì)子，它(tā)们不参(cān)与任何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的(de)存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在(zài)的(de)实际证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们(men)已(yǐ)经提出了数十种的假想(xiǎng)目(mù)标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相(xiāng)同(tóng)。在过(guò)去的几(jǐ)十年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实(shí)质性的发现，除(chú)了一(yī)个地(dì)方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测(cè)器(qì)，一直致力于(yú)寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到最(zuì)低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年(nián)都是(shì)一(yī)样。一些科(kē)学家认为这可能(néng)是(shì)人类发现暗物(wù)质的第一个直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么(me)如果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质(zhì)流(liú)，这个过程(chéng)中会产生相应的(de)振(zhèn)荡(dàng)，同时(shí)地(dì)球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年(nián)的时(shí)间，地球围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的(de)时候(hòu)，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达(dá)到(dào)完全一致，这(zhè)是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又(yòu)恰好达到(dào)了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际(jì)的情况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系(xì)的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这(zhè)可以用(yòng)来解(jiě)释(shì)，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然也可(kě)能有其他(tā)的(de)情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可(kě)能(néng)是温(wēn)度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游(yóu)客的(de)数量也符合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科(kē)学家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的(de)季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可(kě)以得(dé)到相同的(de)信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的(de)证据了。但是(shì)由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至目(mù)前还无(wú)法提供相应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台(tái)新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽(kuān)视(shì)场仪器(qì)提供(gōng)的视(shì)野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的(de)用途就是(shì)探索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论得到(dào)进一步(bù)的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中的暗物(wù)质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的(de)大前(qián)提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。那(nà)么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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