宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家(jiā)们(men)在(zài)过去(qù)的几十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次的(de)长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没有发现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了(le)一个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力定律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规(guī)律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天(ti两只小白兔在衬衫里抖来抖去，老师两只大兔子来回晃ān)体(tǐ)运行轨道出(chū)现异(yì)常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引(yǐn)力定律所取得(dé)重大天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是这些(xiē)发现都是在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或(huò)者是星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和测(cè)量后发星系团的(de)质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般会(huì)使(shǐ)用到(dào)两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动力学(xué)质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质量消失了(le)，或者说这(zhè)99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测(cè)量速度的过程中，兹(zī)威基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星(xīng)系两只小白兔在衬衫里抖来抖去，老师两只大兔子来回晃的质(zhì)量所(suǒ)产生的(de)引(yǐn)力是无法将它们束缚(fù)在(zài)星系团内(nèi)的，它们早就应该(gāi)被抛出(chū)星系团之(zhī)外(wài)了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于(yú)某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不(bù)可(kě)见的(de)暗(àn)质，它不发(fā)散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它(tā)们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对(duì)这样的一(yī)种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系(xì)中的恒(héng)星运(yùn)动。理论(lùn)上(shàng)来(lái)说，距离中心越(yuè)远的(de)恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行速(sù)度就(jiù)会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测(cè)的(de)结果(guǒ)却让人(rén)感到(dào)不(bù)可思议。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根(gēn)据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有足(zú)够大的质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围(wéi)的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的方法来解(jiě)释(shì)暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心(xīn)的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测(cè)量了距离星系中心(xīn)更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不例(lì)外(wài)，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系的运行速度(dù)应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星(xīng)系聚(jù)集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道(dào)的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释这个(gè)现象的(de)原因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地(dì)球大约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(shù)量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家们(men)使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物(wù)质和力(lì)学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没有任(rèn)何星系存在。造成这(zhè)些现象的除(chú)了暗物(wù)质的假说之外(wài)，另(lìng)一种可(kě)能就是(shì)人(rén)类(lèi)对引力的(de)理解还(hái)不(bù)够全(quán)面(miàn)，引力很可(kě)能在不(bù)同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和(hé)星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学(xué)家(jiā)还引入(rù)了外部场效应的(de)概念，指的是在数百万光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多(duō)人认为暗(àn)物质(zhì)假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他(tā)的(de)理论证据，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们(men)大(dà)部分的(de)普(pǔ)通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的(de)相互作用就会导致温(wēn)度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团大(dà)部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通过(guò)什么来验(yàn)证(zhèng)它(tā)的(de)质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清(qīng)照片(piàn)，在(zài)照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其(qí)实(shí)这些星系(xì)本身并不(bù)是真(zhēn)的被(bèi)扭(niǔ)曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是(shì)这样极(jí)遥远(yuǎn)的(de)天体和(hé)我们地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的(de)天体可(kě)能是超大(dà)质(zhì)量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量(liàng)气(qì)体被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则直接通过了这(zhè)个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系(xì)团的(de)引力透(tòu)镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗(àn)物质存(cún)在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射(shè)。其(qí)中红色(sè)的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色(sè)则表示相对(duì)较冷的(de)区域(yù)，但实际上它们(men)之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来(lái)不(bù)应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加(jiā)，一(yī)些峰(fēng)值(zhí)的(de)幅度会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的(de)暗物质(zhì)比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单(dān)的(de)理论框架(jià)，就很(hěn)好地解(jiě)释(shì)了很多不(bù)同(tóng)的(de)观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒(lì)子的存在(zài)，就相当于找到了(le)暗(àn)物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科(kē)学家们已经提(tí)出了数十(shí)种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同(tóng)的(de)目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验(yàn)方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与常规物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米(mǐ)处的(de)地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学(xué)实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了(le)一个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会(huì)产生(shēng)周期性的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移动，那(nà)么如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在(zài)以(yǐ)这样的(de)速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕(rào)银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地(dì)球与太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银河系的平面(miàn)呈(chéng)现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当(dāng)然(rán)也(yě)可能有其他的(de)情(qíng)况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们(men)又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之前的(de)实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常(cháng)有力的证据了。但(dàn)是(shì)由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒(lì)子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进化的(de)一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论得到进(jìn)一(yī)步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这(zhè)样(yàng)的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存(cún)在(zài)的实际证(zhèng)据。那(nà)么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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