宇宙是“人为制造”的(de)？为何会(huì)存在科(kē)学无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么(me)？人(rén)类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行了(le)超(chāo)过50次(cì)的长(zhǎng)期(qī)实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿(dùn)发(fā)表(biǎo)了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力(lì)定律的时候，他们(men)就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常，推算并(bìng)且发(fā)现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是(shì)应用万有引(yǐn)力(lì)定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发(fā)现都是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们(men)上升到星系或(huò)者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会(huì)使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量(liàng)各(gè)个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相(xiāng)对(duì)于星系团的运(yùn)动速度(dù)。当测量结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量(liàng)速度(dù)的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团中很多星系(xì)的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质(zhì)量所产(chǎn)生的引力是无(wú)法将它(tā)们束(shù)缚在(zài)星(xīng)系(xì)团内的，它们(men)早就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘(mì)的力量在(zài)起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出(chū)了这(zhè)样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它(tā)不(bù)发散光(guāng)、吸(xī)光(guāng)、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们(men)对(duì)这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次(cì)出(chū)现。天(tiān)文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是他(tā)们观(guān)测(cè)的结果(guǒ)却让人感到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系(xì)当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸(xī)引它们(men)，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离(lí)星(xīng)系(xì)中(zhōng)心的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的(de)力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不(bù)符合牛顿的(de)力学定律。我们(men)的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系(xì)的第(dì)三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力(lì)定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一种我们看不(bù)到的(de)物质，是(shì)这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时(shí)开(kāi)始，越来(lái)越(yuè)多(duō)的(de)研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据(jù)星系外恒(héng)星轨道的速度(dù)，估(gū)算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物(wù)质(zhì)并不(bù)是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间(jiān)，也会出(chū)现速(sù)度上的微小差(chà)异。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存(cún)在(zài)的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒(héng)星运动是可以用正常的(de)物质和(hé)力学定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这(zhè)些现象(xiàng)的除了(le)暗(àn)物(wù)质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引(yǐn)力(lì)的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照我们所理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是上升到(dào)星(xīng)系和星团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用(yòng)则是不同的方(fāng)式(shì)。对(duì)于在星系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了(le)外(wài)部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立(lì)，这意味着我(wǒ)们需(xū)要对现(xiàn)在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的(de)理论证据(jù)，这些(xiē)理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解(jiě)释的(de)“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径(jìng)向距离(lí)为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都在星系的(de)气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互(hù)作用就(jiù)会导致温度(dù)的(de)急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团(tuán)大部分的质量将位于所有这些气体所在的(de)中间区域。那么我们通过(guò)什么(me)来验(yàn)证它(tā)的质(zhì)量区域(yù)到(dào)底是不(bù)是集中在(zài)中间呢(ne)？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显地(dì)看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实(shí)这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了(le)什(shén)么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更(gèng)遥远星系(xì)的光都发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的(de)时候(hòu)，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量气(qì)体被(bèi)卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两边形成(chéng)了引力(lì)透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引力透(tòu)镜(jìng)研究也(yě)被认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了(le)130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光(guāng)在(zài)宇宙(zhòu)空(kōng)间(jiān)背景上留下(xià)了各相同性的(de)微波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的(de)部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们(men)通(tōng)过(guò)对前景背景分离(lí)后的(de)二(èr)值图像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看(kàn)起来(lái)不(bù)应(yīng)该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射的测量值，我们需要(yào)的暗(àn)物质大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单(dān)的理(lǐ)论框架(jià)，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多不同(tóng)的(de)观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相互作用(yòng)。所以如(rú)果能够(gòu)找到这种粒子(zi)的存在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物质(zhì)存在的实(shí)际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要(yào)寻(xún)找这些不(bù)同(tóng)的(de)目标粒(lì)子所需要的实验(yàn)方(fāng)式也(yě)不相同(tóng)。在过去的(de)几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规(guī)物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任(rèn)何实质性(xìng)的(de)发现，除了一个(gè)地(dì)方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最(zuì)大(dà)的地(dì)学实验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的(de)事(shì)情。探测率会在每(měi)年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会产生周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们(men)也在以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过程中(zhōng)会(huì)产(chǎn)生相(xiāng)应(yīng)的(de)振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银(yín新字的繁体字有几画，新的繁体字是几画)河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银(yín)河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个(gè)理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员们(men)所观测到(dào)的周期性(xìng)信号(hào)。当然(rán)也可能(néng)有其(qí)他的情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的(de)季节与之前的实(shí)验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流的(de)运动特征(zhēng)和(hé)第一个实验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的(de)非常有力的(de)证据(jù)了。但是由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提(tí)供(gōng)的视(shì)野是(shì)哈(hā)勃(bó)红(hóng)外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希(xī)格雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实(shí)验(yàn)室粒子(zi)天(tiān)体物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存(cún)在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另一(yī)种神(shén)秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人(rén)类(lèi)并不孤(gū)单呢(ne)？或(huò)许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际(jì)证(zhèng)据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到(dào)底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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