宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了(le)寻(xún)找暗物质存在的(de)证(zhèng)据(jù)，科(kē)学家们(men)在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的(de)规(guī)律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们发(fā)现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是应(yīng)用万有引力定律所取得(dé)重(zhòng)大(dà)天(tiān)文成(chéng)就的例(lì)子。但(dàn)是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们(men)上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的(de)物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研(yán)究和测(cè)量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系(xì)所组成的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质量一(yī)般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第(dì)一种是(shì)获(huò)得(dé)其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据(jù)是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的(de)各个星系相对(duì)于星系团的运(yùn)动速度。当测(cè)量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍(bèi)。这(zhè)意味着(zhe)，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量(liàng)并不(bù)以可(kě)见光的形(xíng)式(shì)所存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速度的(de)过(guò)程(chéng)中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系(xì)的质(zhì)量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这样部(bù)分不可见的暗质，它(tā)不(bù)发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个(gè)词才再一次(cì)出现(xiàn)。天(tiān)文(wén)学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在(zài)观测仙女座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的(de)结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距(jù)离的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解(jiě)释(shì)暗物(wù)质的存在(zài)，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如(rú)果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系(xì)中心(xīn)更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不(bù)符(fú)合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不(bù)例外，太阳(yáng)系位于银(yín)河系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个(gè)实际速(sù)度远远大于(yú)理论速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因(y善作善成意思久久为功，善作善成意思是什么īn)很可(kě)能就是存在着(zhe)一种我们看不到的(de)物质(zhì)，是这些暗物质的引力(lì)效应(yīng)将星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗物质的质量占(zhàn)整个(gè)星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的(de)恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行(xíng)了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可(kě)以用正常的(de)物(wù)质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的(de)另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没(méi)有任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意(yì)味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的天体会沿(yán)着它(tā)们的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同(tóng)的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的(de)物理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人认为(wèi)暗(àn)物质假说理(lǐ)论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据(jù)，这(zhè)些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大(dà)部分的质(zhì)量将(jiāng)位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的(de)中间区(qū)域。那么(me)我们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到(dào)底是不(bù)是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一(yī)张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们(men)可以明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系(xì)本(běn)身并不是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和我们地球上(shàng)的观测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解释(shì)方法就是当(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中间，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了这个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些(xiē)光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部(bù)分(fēn)表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域(yù)，但实际上它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的(de)二值图像进行连通(tōng)域(yù)提取和标记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅(fú)度(dù)会减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为(wèi)了(le)匹(pǐ)配(pèi)宇(yǔ)宙微(wēi)波(bō)背(bèi)景辐射的测量值，我们(men)需(xū)要的暗(àn)物(wù)质大约(yuē)是(shì)普通物(wù)质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释(shì)星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要的(de)暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多(duō)不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种(zhǒng)类(lèi)型的(de)粒子(zi)，它们(men)不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存(cún)在(zài)，就相(xiāng)当于找到(dào)了(le)暗物质存在的(de)实(shí)际证据。这种粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式(shì)也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的探测(cè)器，一直致力于(yú)寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的(de)科学家(jiā)声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据(jù)收集(jí)，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是(shì)一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这可能是人(rén)类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第一个(gè)直接(jiē)证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了(le)太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕(rào)着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是(shì)一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而(ér)在(zài)6月份的(de)时候，地(dì)球(qiú)与太阳(yáng)的(de)方向正好达(dá)到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质流最(zuì)快的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平面呈(chéng)现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用(yòng)来(lái)解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球建立了(le)一个几乎(hū)相同的(de)实验室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器提(tí)供的视野是哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用(yòng)途(tú)就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到(dào)进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物(wù)质会不会意味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行(xíng)星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通(tōng)过(guò)这样(yàng)的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的(de)大前(qián)提是要先(xiān)找到暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。那(nà)么小伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物(wù)质到(dào)底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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