宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为(wèi)何会存(cún)在科学(xué)无法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学(xué)家们在过去(qù)的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行(xíng)轨道出现异(yì)常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算(suàn)并(bìng)且发现了海王星(xīng)的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得(dé)重大天文成就(jiù)的(de)例(lì)子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们(men)上升到星(xīng)系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变(biàn)得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正在研(yán)究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一(yī)个由数(shù)千个星(xīng)系所组成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般(bān)会(huì)使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需(xū)要的数据(jù)是(shì)测(cè)量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测(cè)量星系团(tuán)中的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最(zuì)诡异的(de)是(shì)，在测量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威基发(fā)现(xiàn)星系团中很多(duō)星系(xì)的速(sù)度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力是无法将它(tā)们束缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神(shén)秘(mì)的力量在起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于(yú)某(mǒu)种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提出了(le)这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样(yàng)的一(yī)种说法不(bù)屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再一次(cì)出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测(cè)仙女座星系中的(de)恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离(lí)中心越远的(de)恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就是测(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轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的(de)力量进(jìn)入其中。

于是科学家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测(cè)量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力学(xué)定(dìng)律(lǜ)。我们(men)的太(tài)阳(yáng)系也(yě)不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千(qiān)米/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的(de)原因(yīn)很(hěn)可(kě)能就是存在着一种我们看(kàn)不到的(de)物质，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来(lái)越多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占整个星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力(lì)效应(yīng)的遥(yáo)远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出(chū)现速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在(zài)暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用(yòng)正(zhèng)常的物(wù)质和(hé)力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提(tí)出，也(yě)许该星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的(de)附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对(duì)引力的理解(jiě)还不(bù)够全面，引(yǐn)力很可(kě)能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的工作方(fāng)式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星系(xì)尺度中的(de)天体会沿着(zhe)它(tā)们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系团(tuán)之间的(de)相互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大(dà)的(de)质量之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意(yì)味(wèi)着我们(men)需要对现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很(hěn)多(duō)人认为暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此(cǐ)终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两(liǎng)个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质(zhì)量(liàng)都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的(de)相互作用就会(huì)导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质(zhì)量区域(yù)到底是不是集中(zhōng)在(zài)中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照(zhào)片(piàn)中我(wǒ)们可以(yǐ)明(míng)显地看到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变。其(qí)实这(zhè)些(xiē)星系(xì)本身并(bìng)不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲(qū)了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出(chū)了(le)什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域(yù)并不是(shì)在中间，而是在(zài)两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释(shì)方法就是当星团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并(bìng)在(zài)两边形(xíng)成了(le)引力(lì)透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据(jù)。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后(hòu)，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下了各相(xiāng)同(tóng)性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色(sè)的(de)部分表示(shì)温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较冷的区(qū)域(yù)，但实(shí)际(jì)上它(tā)们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家们通过(guò)对(duì)前景(jǐng)背景分离后的(de)二值(zhí)图像进(jìn)行连通域提(tí)取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质(zhì)的(de)增(zēng)加，一(yī)些峰值的(de)幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大(dà)约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当(dāng)中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是(shì)一致的(de)。这就意味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释(shì)了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际(jì)证据(jù)。这种粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标(biāo)粒子(zi)所需要的实(shí)验方(fāng)式(shì)也不(bù)相同(tóng)。在过去(qù)的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规(guī)物质相(xiāng)互作(zuò)用的(de)“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没有任(rèn)何(hé)实质性(xìng)的发现，除了一个地(dì)方，意大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的数据(jù)收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月降到(dào)最低(dī)，而(ér)且在20年当中每(měi)年都是一(yī)样(yàng)。一些科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可(kě)能是人(rén)类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)着银(yín)河系进行移(yí)动(dòng)，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意(yì)味(wèi)着我们也在(zài)以(yǐ)这(zhè)样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同(tóng)时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的(de)，而另(lìng)外半年则与之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到(dào)完(wán)全(quán)一致，这是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流(liú)最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情(qíng)况中，太(tài)阳系(xì)相对银(yín)河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并不影响这个理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科学家认为(wèi)这可(kě)以用(yòng)来解(jiě)释(shì)，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期信号(hào)的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合(hé)这个周(zhōu)期(qī)的规(guī)律。

所(suǒ)以，科(kē)学(xué)家们又在南半球建立了(le)一(yī)个(gè)几(jǐ)乎相(xiāng)同的实(shí)验室(shì)，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常有(yǒu)力的证据(jù)了(le)。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应(yīng)的数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途就是(shì)探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发(fā)现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或者说是生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(zhèng)实，那(nà)么(me)遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质会不会意(yì)味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过(guò)这样的效应创造(zào)生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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