宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗(àn)物质存在的证据，科(kē)学(xué)家们(men)在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次(cì)的(de)长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引(yǐn)力(lì)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(jiā)们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶(yé)就通过天王(wáng)星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的(de)发(fā)现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大(dà)天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是(shì)在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹(zī)威基(jī)正在研究和(hé)测量后发(fā)星系(xì)团的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数(shù)千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个(gè)星(xīng)系的光度(dù)。

第二种是动力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测(cè)量星(xīng)系团(tuán)中的(de)各个(gè)星系相对于星系团的运(yùn)动(dòng)速(sù)度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学(xué)质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后(hòu)发座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消(xiāo)失(shī)了(le)，或(huò)者说(shuō)这99%的(de)质量并不以可见光(guāng)的形式(shì)所存在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度(dù)的(de)过程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系的(de)速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的质量所产生(shēng)的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应(yīng)该被(bèi)抛出星系团之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘(mì)的(de)力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这样(yàng)部分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这(zhè)个词(cí)才(cái)再一次(cì)出(chū)现。天文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒(héng)星运动。理论上来说，距离(lí)中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们(men)观(guān)测的(de)结果却让人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒星的旋(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(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。基于这(zhè)种现(xiàn)象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗物质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电望远镜测量了(le)距离星系(xì)中心(xīn)更远距(jù)离(lí)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(men)的太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于(yú)银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算(suàn)在星系(xì)当(dāng)中暗物(wù)质的(de)质量占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现速度上的(de)微(wēi)小差异。另外，天文(wén)学(xué)家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却只有银河系的(de)千(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析(xī)。但是科学家们使用(yòng)最(zuì)先(xiān)进的望远镜对(duì)其进(jìn)行了40个(gè)小时的(de)详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是(shì)可以用(yòng)正常的物(wù)质(zhì)和力(lì)学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那(nà)么(me)又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附(fù)近没有任何(hé)星系存在(zài)。造成这些现象的(de)除(chú)了(le)暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能(néng)在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解(jiě)的方(fāng)式运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在(zài)星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外(wài)部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在数(shù)百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大(dà)的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这(zhè)意味着(zhe)我们需要(yào)对现在的物理定(dìng)律进行修(xiū)正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在(zài)的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子(zi)弹星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普通(tōng)质量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量(liàng)将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它的质量区(qū)域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片(piàn)，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显地(dì)看到很(hěn)多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这些星系(xì)本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯(bó)望远镜出(chū)了什(shén)么问题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体(tǐ)和(hé)我(wǒ)们地球(qiú)上的(de)观(guān)测(cè)者之间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大(dà)的(de)天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力(lì)，会(huì)使身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能(néng)是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对(duì)子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释(shì)方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在(zài)了(le)中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直(zhí)接通过了这个(gè)区(qū)域，并在两(liǎng)边(biān)形成(chéng)了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团的(de)引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是(shì)暗(àn)物(wù)质存在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光(guāng)终于可(kě)以(yǐ)畅通无(wú)阻地(dì)穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下(xià)了(le)各相同性的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对(duì)较(jiào)冷的(de)区(qū)域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有(yǒu)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域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变(biàn)得看(kàn)起来“和(hé)谐(xié)”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它(tā)们不参(cān)与任(rèn)何其他的(de)电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是(shì)什(shén)么？科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标(biāo)粒子所需(xū)要的实(shí)验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不行而不辍履践致远是什么意思，行而不辍 什么意思会与常规物(wù)质相互作用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了(le)超过50次的实(shí)验，却(què)没有任(rèn)何实(shí)质性的(de)发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数据(jù)收(shōu)集，人们发现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每(měi)年的(de)6月(yuè)份达(dá)到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的(de)年度(dù)信(xìn)号(hào)呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着银河(hé)系进(jìn)行移动，那(nà)么如果暗物(wù)质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的(de)振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河(hé)系的方向是一致(zhì)的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球(qiú)与太阳的(de)方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗(àn)物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实(shí)际的(de)情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这(zhè)可(kě)以用来(lái)解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可(kě)能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期(qī)信号的差异(yì)也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意(yì)大利游客(kè)的(de)数量也(yě)符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的(de)实(shí)验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第(dì)一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由(yóu)于(yú)这个(gè)实验(yàn)室刚(gāng)刚(gāng)建成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还(hái)无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新(xīn)的(de)望(wàng)远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的(de)视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一(yī)个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效(xiào)应，会(huì)支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步(bù)的(de)证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质(zhì)会(huì)不会意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的(de)行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新(xīn)的动力！

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